基于用戶啟發(fā)法的老年人鍛煉游戲動(dòng)作設(shè)計(jì)研究

徐俊杰　汪穎

摘要：針對(duì)老年玩家開(kāi)發(fā)了一套適用于全身交互鍛煉游戲的動(dòng)作集。通過(guò)基于全身交互的用戶啟發(fā)式研究，要求參與者對(duì)20個(gè)典型鍛煉游戲任務(wù)執(zhí)行他們偏好的動(dòng)作。通過(guò)結(jié)合了一致性分?jǐn)?shù)、動(dòng)作頻率及主觀評(píng)分的指標(biāo)分析收集到的候選動(dòng)作，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行了無(wú)量綱化處理，最后通過(guò)綜合標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)分選擇動(dòng)作集。獲得了一套適用于特定全身交互鍛煉游戲的針對(duì)老年人的動(dòng)作集。獲得的動(dòng)作集與采用的方法可為游戲動(dòng)作設(shè)計(jì)提供參考與實(shí)際案例。

關(guān)鍵詞：用戶啟發(fā)法 全身交互 鍛煉游戲 老年人

中圖分類(lèi)號(hào)：TB47

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2019）12-0143-03

引言

21世紀(jì)是人口老齡化的時(shí)代[1]，而隨著年齡的增長(zhǎng)，人們不可避免地會(huì)受到各種限制，其中包括運(yùn)動(dòng)，知覺(jué)，認(rèn)知，心理和社會(huì)技能等。而能夠有助于減輕這些影響的一種方法是使用數(shù)字游戲，這可以作為幫助和鼓勵(lì)老年人身體和精神活動(dòng)的工具，延緩疾病的發(fā)生，從而提高其生活質(zhì)量[2，3]。例如微軟的Kinect和任天堂的Wii作為新一代的游戲輸入設(shè)備，其使用全身交互的方式，為人們提供了激勵(lì)身體運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)。相比于以往的坐著玩的非運(yùn)動(dòng)電子游戲，全身交互鍛煉游戲能夠刺激人們進(jìn)行輕到中等強(qiáng)度的運(yùn)動(dòng)來(lái)改善久坐行為[4]。然而，目前大部分全身交互游戲的目標(biāo)用戶主要是青少年和年輕人，而沒(méi)有將老年人列為目標(biāo)用戶。而隨著老年玩家比例的增長(zhǎng)，商業(yè)化的游戲卻因無(wú)法適應(yīng)老年人的能力范圍而使老年玩家有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。此外，由于游戲交互的特殊性，其既要保證游戲挑戰(zhàn)的難度，又要權(quán)衡其交互的易用性以及游戲必需的組件，應(yīng)用傳統(tǒng)的人機(jī)交互指南[6]是比較困難的。文章針對(duì)為中老年人提供心智與身體鍛煉的鍛煉類(lèi)全身交互游戲進(jìn)行了研究，目的是通過(guò)結(jié)合主觀評(píng)估的用戶啟發(fā)法為老年人生成一套能夠應(yīng)用于特定全身交互鍛煉游戲的動(dòng)作集合，并為為游戲動(dòng)作設(shè)計(jì)提供參考與實(shí)際案例。

一、游戲交互動(dòng)作設(shè)計(jì)相關(guān)概述

空間輸入設(shè)備能夠?yàn)殡娮佑螒蛟O(shè)計(jì)和創(chuàng)建全身交互場(chǎng)景，例如任天堂的Wii遙控器和微軟的“Project Natal”計(jì)劃。這些設(shè)備收集了玩家在真實(shí)世界中的運(yùn)動(dòng)信息以使游戲設(shè)計(jì)者能夠?yàn)榻换ト蝿?wù)實(shí)施3D技術(shù)，例如移動(dòng)，選擇和操縱。這些設(shè)備不但能夠?yàn)橛脩籼峁┮巳雱俚挠螒蝮w驗(yàn)，還可以在與電子游戲互動(dòng)時(shí)為玩家提供更多自由，從而提供更自然，健康和沉浸式的游戲體驗(yàn)。因此，我們必須清楚玩家將采取什么樣的全身動(dòng)作與哪些全身動(dòng)作是可用的。需要注意的是，老年人往往面臨著與技術(shù)互動(dòng)的特殊困難，與老齡化相關(guān)的認(rèn)知和身體衰退對(duì)老年人和科技產(chǎn)品之間的交互有著深遠(yuǎn)的影響。年輕一代接受技術(shù)較快，而老一代則顯得較為“掙扎”，兩代人之間存在著“數(shù)字鴻溝”，這種鴻溝往往建立在技術(shù)基礎(chǔ)之上，而現(xiàn)有的技術(shù)并不適用于老年用戶群體的特定需求和能力。正常的老齡化過(guò)程伴隨著感知、認(rèn)知和運(yùn)動(dòng)能力的變化，這就意味著我們要考慮如何設(shè)計(jì)適合老年人的技術(shù)。

為了探索針對(duì)游戲的全身交互，常見(jiàn)的傳統(tǒng)方法是“奧茲巫師”法（Wizard of Oz approach），參與者通過(guò)“巫師”來(lái)交互執(zhí)行他們的偏好手勢(shì)。但該方法存在一些具有交互延遲（因?yàn)椤拔讕煛毙枰欢ǖ臅r(shí)間理解被試的動(dòng)作并將其輸入游戲當(dāng)中）、設(shè)置繁瑣和游戲角色影響用戶等問(wèn)題。而最近在智能家居、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等領(lǐng)域常用的一種設(shè)計(jì)用戶友好型手勢(shì)集的較為簡(jiǎn)易且有效的方法為用戶啟發(fā)法，要求參與者為命令或動(dòng)作來(lái)自定義手勢(shì)。該方法最初由Wobbrock等人[7]提出，并用于為觸摸屏生成2D手勢(shì)集。該方法是基于設(shè)計(jì)師創(chuàng)建的手勢(shì)并不一定與用戶的心理模型相匹配[8]，并且執(zhí)行起來(lái)有巨大的隔閡這樣的假設(shè)而提出的。與“奧茲巫師”法相比，用戶啟發(fā)法并不提供“巫師”生成的交互和反饋，而是首先提供展示每個(gè)命令或動(dòng)作效果的視覺(jué)線索（如視頻剪輯或圖片），然后要求參與者執(zhí)行他們偏好的手勢(shì)來(lái)觸發(fā)效果，并且沒(méi)有任何進(jìn)一步的反饋。并且使用這些手勢(shì)集的用戶一致地報(bào)告了在通用性、可記性、易學(xué)性和舒適性等方面的體驗(yàn)的顯著提升與較高的偏好級(jí)別[9]。由于目前尚未有一套針對(duì)老年群體的可供參考的游戲手勢(shì)集，因此本研究將用戶啟發(fā)法應(yīng)用到游戲手勢(shì)設(shè)計(jì)當(dāng)中，考慮到老年人的老齡化特征與鍛煉游戲的動(dòng)態(tài)性與挑戰(zhàn)性，我們有動(dòng)力填補(bǔ)這一空白。

二、用戶自定義動(dòng)作集

為了獲取老年被試在游戲任務(wù)中的偏好動(dòng)作，進(jìn)行了使用用戶啟發(fā)法的自定義動(dòng)作研究，要求每位參與者為每個(gè)游戲動(dòng)作或命令定義動(dòng)作，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后分析了游戲任務(wù)的一致性分?jǐn)?shù)、動(dòng)作頻率（流行度）和主觀評(píng)估分?jǐn)?shù)（匹配度、易用性、疲勞度）以獲得老年玩家的用戶自定義動(dòng)作集。

（一）實(shí)驗(yàn)對(duì)象：研究對(duì)象為無(wú)視頻游戲經(jīng)驗(yàn)與3D體感游戲經(jīng)驗(yàn)的老年玩家，從大學(xué)周邊的老年社區(qū)招募了13位60歲以上的被試（平均年齡為65.2歲），所有被試均無(wú)身體障礙，能夠正常站立30分鐘以上來(lái)完成實(shí)驗(yàn)。

（二）任務(wù)：通過(guò)文獻(xiàn)研究和市場(chǎng)調(diào)研，我們確定了此次研究的鍛煉游戲類(lèi)型，分別為駕駛類(lèi)游戲（鍛煉認(rèn)知能力）和體育運(yùn)動(dòng)類(lèi)游戲（鍛煉身體能力以及平衡能力）。通過(guò)梳理以上游戲類(lèi)型的常用操作命令，最終選擇了20個(gè)基礎(chǔ)任務(wù)，包括駕駛類(lèi)游戲的動(dòng)作（駕駛，左、右轉(zhuǎn)彎，加速，換檔，剎車(chē)），體育運(yùn)動(dòng)類(lèi)游戲的動(dòng)作（攀爬，跳躍，踢球，打乒乓球，射擊，向前、左、右滑雪，滑雪減速）和系統(tǒng)命令（呼叫菜單，放大，縮小，選擇菜單項(xiàng)，關(guān)閉菜單）。

（三）實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)為一次對(duì)一位被試，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，被試填寫(xiě)了不記名的背景信息收集問(wèn)卷。

實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：配備實(shí)驗(yàn)所需工具，包括顯示器、攝像設(shè)備、錄音設(shè)備及評(píng)分紙質(zhì)材料等。

（2）實(shí)驗(yàn)流程說(shuō)明：被試了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)流程，并告知被試在執(zhí)行手勢(shì)時(shí)進(jìn)行有聲思考。

（3）實(shí)驗(yàn)任務(wù)：大屏幕上呈現(xiàn)正式的實(shí)驗(yàn)任務(wù)界面（每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)會(huì)隨著任務(wù)名稱(chēng)和目標(biāo)場(chǎng)景一起出現(xiàn)，其中目標(biāo)場(chǎng)景為代表執(zhí)行任務(wù)前和執(zhí)行任務(wù)后目標(biāo)不同狀態(tài)的兩張圖片或視頻剪輯），要求被試執(zhí)行動(dòng)作來(lái)引起目標(biāo)場(chǎng)景變化。每個(gè)任務(wù)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作后，要求被試立即對(duì)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行三個(gè)陳述語(yǔ)句的評(píng)估：“我執(zhí)行的動(dòng)作與其目的十分匹配”;“我執(zhí)行的動(dòng)作很容易執(zhí)行”;“我執(zhí)行的動(dòng)作很累”。問(wèn)卷采用7點(diǎn)Likert量表，1分為“非常不同意”，7分為“非常同意”。評(píng)估完成后繼續(xù)下一個(gè)任務(wù)，要求被試共為20個(gè)隨機(jī)順序的游戲任務(wù)定義游戲動(dòng)作。

（4）實(shí)驗(yàn)后訪談：針對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行詢問(wèn)與確認(rèn)。

（四）結(jié)果：我們基于Wobbrock等人[7]提出的創(chuàng)建自定義手勢(shì)集的步驟以及Pereira等人[6]提出的綜合多個(gè)指標(biāo)的整體評(píng)分來(lái)獲得任務(wù)手勢(shì)集的方法，提出了結(jié)合一致性分?jǐn)?shù)、動(dòng)作頻率、匹配度、易用性和疲勞度評(píng)分來(lái)獲得綜合評(píng)分以選擇任務(wù)動(dòng)作集的方法，來(lái)獲得老年人自定義的基于全身交互的鍛煉游戲的動(dòng)作集合。

（1）一致性分?jǐn)?shù)：為了評(píng)估被試之間的動(dòng)作一致性，我們使用VatavuWobbrock[10]的公式計(jì)算了每個(gè)游戲任務(wù)的動(dòng)作一致性分?jǐn)?shù)（AR）：

其中P是對(duì)于任務(wù)r提出的動(dòng)作的總數(shù)，Pi代表來(lái)自P的的相同動(dòng)作的子集i的數(shù)目。AR的范圍為[0，1]。AR≤0.100意味著一致性低，0.1000.500表示一致性非常高。

圖1顯示了此次研究的老年被試在每個(gè)游戲任務(wù)中的一致性分?jǐn)?shù)AR?？傮w一致性分?jǐn)?shù)為0.15，總體一致性適中。其中，3個(gè)任務(wù)（打乒乓球、選擇菜單項(xiàng)、剎車(chē)）具有較高的一致性，8個(gè)任務(wù)（加速、踢球、呼叫菜單、關(guān)閉菜單、駕駛、跳躍、縮小、攀爬）具有適中的一致性，9個(gè)任務(wù)（向左轉(zhuǎn)彎、向前滑雪、放大、滑雪減速、向左轉(zhuǎn)彎、射擊、換擋、向左滑雪、向右滑雪）具有較低的一致性。

（2）主觀評(píng)估：老年參與者通過(guò)7點(diǎn)李克特量表（7為非常同意）評(píng)估了他們定義的動(dòng)作。陳述語(yǔ)句“我執(zhí)行的動(dòng)作與其目的十分匹配”的平均值為5.90;“我執(zhí)行的動(dòng)作很容易執(zhí)行”的平均值為5.19;“我執(zhí)行的手勢(shì)很累”的平均值為2.83。經(jīng)檢驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)匹配度與一致性分?jǐn)?shù)顯著相關(guān)（r=0.59，P<0.01），這表明了良好的匹配度是被試之間執(zhí)行動(dòng)作越一致的良好標(biāo)志，如表1。

（3）高得分動(dòng)作集：最后，我們將每個(gè)任務(wù)-動(dòng)作的流行度（頻率）、匹配度、易用性和疲勞度的值，并將這些變量分別標(biāo)準(zhǔn)化（平均值=10，標(biāo)準(zhǔn)偏差=1）來(lái)計(jì)算總得分，如表2。其中由于疲勞度為負(fù)面因素，因此先將其轉(zhuǎn)換成正面評(píng)分再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。表2列出了每個(gè)游戲中具有流行度（頻率≥2）的得分最高的動(dòng)作，其中有幾個(gè)任務(wù)中有多個(gè)得分較高且相近的動(dòng)作（分差小于0.5），我們優(yōu)先選擇了流行度（即頻率）較高的動(dòng)作，若存在多個(gè)流行度相似且得分相近的動(dòng)作，由于樣本量較少，為了防止遺漏，我們報(bào)告了這些動(dòng)作并在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)于駕駛?cè)蝿?wù)，存在兩個(gè)得分相近的高總分動(dòng)作：“雙手手肘90°呈握住方向盤(pán)狀往復(fù)旋轉(zhuǎn)”和“雙手手肘180°呈握住方向盤(pán)狀往復(fù)旋轉(zhuǎn)”。而由于向左轉(zhuǎn)彎和向右任務(wù)也執(zhí)行了類(lèi)似的兩個(gè)動(dòng)作，為了降低用戶心理負(fù)荷和學(xué)習(xí)成本，通過(guò)綜合比較這三個(gè)任務(wù)的各組動(dòng)作得分后我們建議使用“雙手手肘90°呈握住方向盤(pán)狀往復(fù)旋轉(zhuǎn)”動(dòng)作。

對(duì)于向左轉(zhuǎn)彎和向右轉(zhuǎn)彎任務(wù)，存在三組得分較高且相近的可逆的動(dòng)作，分別為“雙手手肘90°呈握住方向盤(pán)狀向左/向右往復(fù)旋轉(zhuǎn)”、“雙手手肘180°呈握住方向盤(pán)狀向左/向右往復(fù)旋轉(zhuǎn)”和“雙手向左擺動(dòng)/雙手向右擺動(dòng)”。為了降低用戶心理負(fù)荷和系統(tǒng)識(shí)別難度，我們綜合比較了總得分并采取流行度優(yōu)先的原則，建議使用“雙手手肘90°呈握住方向盤(pán)狀向左/向右往復(fù)旋轉(zhuǎn)”。

對(duì)于加速和剎車(chē)任務(wù)，兩個(gè)任務(wù)的最高總分動(dòng)作都是“向前踩右腳”。然而在同一個(gè)駕駛類(lèi)游戲中執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作卻需要給予兩種反饋不符合現(xiàn)有的動(dòng)作識(shí)別邏輯，因此，我們了回顧實(shí)驗(yàn)錄像，分析了參與者的心理模型與動(dòng)作在兩個(gè)任務(wù)的流行度，最終將“向前踩右腳”分配給了剎車(chē)任務(wù)，而對(duì)于加速任務(wù)，提供了備選動(dòng)作“雙手手肘90°呈握住方向盤(pán)狀向前推”。

對(duì)于換擋任務(wù)，一致性分?jǐn)?shù)較低，參與者共執(zhí)行了9個(gè)動(dòng)作表示換擋，其中總分最高的為“右手在身體右側(cè)握拳前后推動(dòng)”。參與者執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作的原因?yàn)閰⒖剂爽F(xiàn)實(shí)駕駛過(guò)程中的換檔動(dòng)作，使用該動(dòng)作與被試認(rèn)知相符，因此建議使用該動(dòng)作。

對(duì)于攀爬和跳躍任務(wù)，總分最高的動(dòng)作分別為“在原地手腳并用交替向上爬”和“雙腳起跳”。盡管被試表示這兩個(gè)動(dòng)作的疲勞度較高，但由于流行度較高，且其他疲勞度評(píng)分較低的動(dòng)作（例如“雙手向前刨”表示攀爬和“右手向前翻”表示跳躍）由于頻率太低且匹配度不高，還需進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)。因此，出于運(yùn)動(dòng)游戲鍛煉身體能力的目的，建議使用這兩個(gè)動(dòng)作。

對(duì)于踢球任務(wù)，總分最高的動(dòng)作為“右腳向前踢”，且任務(wù)一致性分?jǐn)?shù)較高。但該動(dòng)作被試報(bào)告的疲勞度較高，但此次實(shí)驗(yàn)中被試對(duì)于踢球任務(wù)執(zhí)行的動(dòng)作均使用了右腳作動(dòng)作，對(duì)于是否有其他更優(yōu)的動(dòng)作尚不明確，因此，出于運(yùn)動(dòng)游戲鍛煉身體能力的目的，建議使用該動(dòng)作。

對(duì)于打乒乓球任務(wù)，由于本次參與實(shí)驗(yàn)的老年人都具有豐富的乒乓球經(jīng)驗(yàn)，因此任務(wù)的一致性分?jǐn)?shù)較高，且總分最高的動(dòng)作為“右手在身體右側(cè)從后往前揮”，建議使用該動(dòng)作。

對(duì)于射擊任務(wù)，總分最高的動(dòng)作為“右手作飛鏢投射狀往前揮”。然而對(duì)于該動(dòng)作參與者報(bào)告了難以瞄準(zhǔn)的問(wèn)題，因此我們選擇了“單手作手槍狀輕抬手腕進(jìn)行射擊”的動(dòng)作（與以往的研究建議[11]的相符）。

對(duì)于向前滑雪任務(wù)，總分最高的動(dòng)作為“身體向下蹲且雙手向后劃動(dòng)”。然而該動(dòng)作頻率較低未形成流行度，即老年被試對(duì)該動(dòng)作的認(rèn)知度不高。而次高分有兩個(gè)得分相近的動(dòng)作，分別為“向前走動(dòng)”和“身體向前傾同時(shí)雙手向后劃動(dòng)”。由于實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的場(chǎng)地限制，前者所需的空間成本較大，因此優(yōu)先度置后，而后者符合滑雪游戲鍛煉老年人平衡能力的需求【12】，因此，建議使用“身體向前傾同時(shí)雙手向后劃動(dòng)”動(dòng)作。

對(duì)于向左滑雪和向右滑雪任務(wù)，由于被試缺乏滑雪經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中均表示很難想出一個(gè)動(dòng)作來(lái)執(zhí)行任務(wù)，且傾向于執(zhí)行隱喻動(dòng)作，因此兩個(gè)任務(wù)的一致性分?jǐn)?shù)均較低，其中總分較高且相近的動(dòng)作有“向左/右跨一步”、“身體向左/右前方傾斜”、“慢慢向左/右轉(zhuǎn)”和“身體向左/右前方轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)雙手向后劃動(dòng)”。然而這些動(dòng)作均未形成流行度（頻率=1），因此建議使用具有流行度的可逆動(dòng)作“雙臂向左/向右甩動(dòng)”。

對(duì)于滑雪減速任務(wù)，存在兩個(gè)得分相近的高總分動(dòng)作，分別為“雙手握拳向下按”和“右腳向后跨一步同時(shí)身體下蹲”。然而前者動(dòng)作頻率較低未形成流行度，且匹配度評(píng)分較低，因此我們建議使用后者。

對(duì)于呼叫菜單和關(guān)閉菜單任務(wù)，兩個(gè)任務(wù)都存在兩個(gè)得分相近的高總分動(dòng)作，分別為“右手食指在空中點(diǎn)擊一個(gè)想象中的按鈕”和“右手呈握住遙控器狀按下大拇指”。由于這兩個(gè)任務(wù)的場(chǎng)景允許用戶使用相同的動(dòng)作進(jìn)行不同的操作命令，因此建議得分較高的前者。但若系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別，為了避免歧義，我們將前者分配給流行度較高的呼叫菜單，而將后者分配給關(guān)閉菜單。

對(duì)于放大和縮小任務(wù)，總分最高的動(dòng)作為“右手食指拇指打開(kāi)/捏合”。參與者對(duì)于執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作的主要原因?yàn)椤拔移綍r(shí)玩手機(jī)就是這么做的”。表明該動(dòng)作符合用戶的使用習(xí)慣和心理模型，因此建議使用該動(dòng)作。

最后，對(duì)于選擇菜單項(xiàng)任務(wù)，與呼叫菜單和關(guān)閉菜單相似，用戶都采取了右手食指點(diǎn)擊的動(dòng)作，但是執(zhí)行動(dòng)作的位置不同，在選擇菜單項(xiàng)時(shí)，被試的點(diǎn)擊對(duì)象為需要進(jìn)行選擇的對(duì)象，同時(shí)表示這樣做很方便，也很準(zhǔn)確，因此建議使用該動(dòng)作。

結(jié)論

文章進(jìn)行了一項(xiàng)鍛煉游戲的全身交互動(dòng)作設(shè)計(jì)研究，基于用戶啟發(fā)法獲得了200個(gè)候選動(dòng)作，之后通過(guò)結(jié)合一致性分?jǐn)?shù)、流行度（頻率）、匹配度、易用性和疲勞度的綜合評(píng)分與其他限制因素，從200個(gè)老年人自定義的動(dòng)作中獲得了其中得分較高的動(dòng)作集合，并通過(guò)考慮了用戶心理模型、系統(tǒng)識(shí)別能力及場(chǎng)地等因素，最終選擇了基于全身交互的針對(duì)老年人鍛煉游戲的動(dòng)作集。文章使用的方法對(duì)針對(duì)老年人的游戲動(dòng)作設(shè)計(jì)的研究與應(yīng)用具有理論指導(dǎo)意義，同時(shí)也為其他動(dòng)作設(shè)計(jì)的研究提供了案例參考。

本文系浙江省健康智慧廚房系統(tǒng)集成重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（2014E10014）。

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