人臉識別系統(tǒng)的情感交互設(shè)計研究

馬廣韜　張志蕤

摘要：以沈陽建筑大學(xué)正門為例，研究和改進(jìn)沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)的交互設(shè)計。通過人機(jī)工程學(xué)和情感交互設(shè)計的思維和方法，對沈陽建筑大學(xué)學(xué)生及教職工在通過正門人臉識別系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行了分析，論述了其中存在的用戶需求矛盾，以及交互設(shè)計深層理論中的“認(rèn)知摩擦”問題?？梢皂樌ㄟ^人臉識別系統(tǒng)，進(jìn)入沈陽建筑大學(xué)的學(xué)生及教職工僅占27%。針對這些問題，提出了利用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和尼爾森的狀態(tài)可見原則來引導(dǎo)增強(qiáng)用戶收到的行為反饋，構(gòu)建交互式人臉識別系統(tǒng)的設(shè)計思路。

關(guān)鍵詞：情感交互設(shè)計 人臉識別系統(tǒng) 反饋

中圖分類號：TB47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）07-0120-02

引言

隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，在摒棄原有的產(chǎn)品設(shè)計的概念以后，單純圍繞外觀和功能的設(shè)計已經(jīng)不能滿足用戶的需求，以用戶體驗(yàn)為主導(dǎo)的用戶體驗(yàn)設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計中逐步受到認(rèn)可。因此，如何使產(chǎn)品符合用戶的需求？這一普遍存在的問題，愈發(fā)重要。比爾·莫格里奇曾說明：交互設(shè)計的本源并非技術(shù)，更應(yīng)考慮用戶能否在與機(jī)器交互的過程中獲得情感體驗(yàn)，因此他認(rèn)為設(shè)計師需要更加關(guān)注體驗(yàn)設(shè)計。目前，用戶體驗(yàn)的理念將從效能發(fā)展到意義、情感的維度作為設(shè)計的最終目標(biāo)。由于目前信息技術(shù)的快速發(fā)展，情感交互越來越成為現(xiàn)代人機(jī)交互的首要發(fā)展方向，設(shè)計者及研究者也愈來愈重視情感交互設(shè)計。

一、人機(jī)情感交互設(shè)計理論概述

（一）行為邏輯：《從物理邏輯到行為邏輯》將“合理組織行為作為決策依據(jù)”定義為“行為邏輯”。以前的設(shè)計學(xué)科更加重視形式，但人機(jī)交互的過程卻是人機(jī)交互中的行為邏輯更加注重的，重點(diǎn)在形容和規(guī)劃用戶的行為方式，后來依據(jù)其行為方式來描述，并傳遞這種行為的更加合理的方式。它是全新的，并且具有更加廣闊規(guī)模的交互理念。一個平凡的交互設(shè)計，是從加強(qiáng)用戶體驗(yàn)的方向出發(fā)，而以行為邏輯為重心的交互中，變化的不只有產(chǎn)品的使用過程，也有全部環(huán)境的變化。

（二）情感交互：人類是社會性物種，能夠敏感的接收到任何周圍事物的情感表述，比如物體、產(chǎn)品等。當(dāng)物體與人產(chǎn)生交互的時候，人對物的感性評判就是情感。站在心理學(xué)的角度來分析，情感交互是利用信息作為媒介，將設(shè)計師、使用者與產(chǎn)品之間的情感交流進(jìn)行融合的設(shè)計方法，以達(dá)到使用者的情感需求作為基本，使使用者在交互過程中得到情感愉悅。情感交互設(shè)計不僅是發(fā)明一個滿足用戶視覺的產(chǎn)品，它的根本目的是綜合設(shè)計的各個方面以及使用者的需求，傳遞產(chǎn)品的特點(diǎn)和質(zhì)量，使其符合使用者群體或目標(biāo)受眾的情感訴求。

二、人臉識別系統(tǒng)的交互設(shè)計用戶研究

（一）主要用戶分析：交互設(shè)計的研究方法是從用戶研究開始的，筆者將研究對象確定為沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)，所以，用戶研究的目標(biāo)為沈陽建筑大學(xué)全體同學(xué)以及教職工。筆者于2018年11月在沈陽建筑大學(xué)發(fā)放了200份問卷調(diào)查，根據(jù)統(tǒng)計不難發(fā)現(xiàn)，教職工約占11.3%，學(xué)生約占88.7%。需要經(jīng)常使用人臉識別系統(tǒng)來通過沈陽建筑大學(xué)正門的學(xué)生以及教職工約占93.6%。沈陽建筑大學(xué)人臉識別系統(tǒng)的被使用情景主要分為兩種，第一種是需要離開沈陽建筑大學(xué)的學(xué)生及教職工，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，91%的學(xué)生及教職工可以順利通過門禁系統(tǒng)，如圖1所示。第二種是需要進(jìn)入沈陽建筑大學(xué)的學(xué)生及教職工，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，僅27.5%的學(xué)生及教職工可以順利通過門禁系統(tǒng)，如圖2所示。

可以得知，沈陽建筑大學(xué)正門的人臉識別系統(tǒng)使用頻率極高，用戶在離開沈陽建筑大學(xué)正門時，人臉識別系統(tǒng)的可用性較高。但是，在用戶進(jìn)入沈陽建筑大學(xué)正門時，人臉識別系統(tǒng)所展示的可用性極低。

通過調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)沈陽建筑大學(xué)人臉識別系統(tǒng)有以下幾個問題。第一，在使用人臉識別系統(tǒng)離開學(xué)校時，面部識別器對用戶行為的反饋不夠清晰。第二，在使用人臉識別系統(tǒng)進(jìn)入學(xué)校時，沒有過使用經(jīng)驗(yàn)的用戶不知該如何通過門禁，產(chǎn)品缺乏依據(jù)用戶的行為邏輯來進(jìn)行設(shè)計。第三，在使用人臉識別系統(tǒng)進(jìn)入學(xué)校時，整個人臉識別系統(tǒng)沒有任何對用戶行為的反饋及互動，不符合情感交互設(shè)計的易用性原則。第四，整個人臉識別系統(tǒng)缺乏結(jié)合人機(jī)工程學(xué)原則進(jìn)行設(shè)計。

三、人臉識別系統(tǒng)中的情感交互設(shè)計價值及原則

（一）人臉識別系統(tǒng)中的情感交互設(shè)計價值：目前人臉識別類產(chǎn)品屢見不鮮，如何在眾多的人臉識別類產(chǎn)品中展露頭角是令設(shè)計者們煩惱的事情，更高水準(zhǔn)情感訴求的滿足意味著產(chǎn)品將帶來更高的經(jīng)濟(jì)收益，所以，基于情感交互設(shè)計的人臉識別類產(chǎn)品是促進(jìn)產(chǎn)品提高競爭力的重要手段。所以，使用者評估一款產(chǎn)品體驗(yàn)的好壞，不止是注重其功能能不能滿足需要，讓使用者感受到知心和欣喜是獲得使用者稱譽(yù)的主要方法。

（二）情感交互設(shè)計中的狀態(tài)可見原則：系統(tǒng)應(yīng)該讓用戶時刻清楚當(dāng)前發(fā)生了什么事情，也就是快速地讓用戶了解自己處于何種狀態(tài)、對過去發(fā)生、當(dāng)前目標(biāo)、以及對未來去向有所了解，一般的方法是在合適的時間給用戶適當(dāng)?shù)姆答仯乐褂脩羰褂贸霈F(xiàn)錯誤。當(dāng)行為過程被當(dāng)作設(shè)計目標(biāo)時，其屬性已不是過去產(chǎn)品設(shè)計通常關(guān)注的比如功能、結(jié)構(gòu)、材料、顏色等物理屬性。交互（interaction）是因?yàn)橛辛恕皠幼鳌保╝ction）和相應(yīng)的“反饋”（reaction）才形成了一個回合的交互行為。

（三）視野：用戶通過人臉識別器或提示標(biāo)識獲得信息時，往往更加適應(yīng)俯視或者平視，而不是仰視。人體在站姿狀態(tài)并且保證頭部固定時為俯視，標(biāo)準(zhǔn)視線為水平0°，人的視線在垂直角度時，眼睛的最大轉(zhuǎn)動角度為30°，視野的最大范圍為70°。站姿狀態(tài)下，自然視線低于水平線10°，當(dāng)人在放松狀態(tài)下，站姿和坐姿的自然狀態(tài)平均標(biāo)準(zhǔn)為30°和38°，目光最佳轉(zhuǎn)動范圍為25°～30°，如圖3所示。

四、人臉識別系統(tǒng)的交互行為分析和改進(jìn)思路

（一）沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)的交互設(shè)計分析：從交互設(shè)計的角度看，學(xué)生以及教職工在出入學(xué)校時，人臉識別系統(tǒng)缺乏對用戶的使用行為進(jìn)行引導(dǎo)，更加缺乏對用戶使用行為的清晰反饋，對于沒有過使用經(jīng)驗(yàn)的新用戶來說，大大降低了系統(tǒng)的易用性。由于知識背景和對信息的訴求不同，使人臉識別系統(tǒng)的使用者和其設(shè)計師之間產(chǎn)生“認(rèn)知摩擦”，所以大部分師生只能通過間接的詢問才能獲取信息，從而達(dá)到使用者的需求。

通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，用戶在通過人臉識別系統(tǒng)進(jìn)入校園時，由于缺乏情感交互設(shè)計的指導(dǎo)，導(dǎo)致了系統(tǒng)的易用性極低。所以，本節(jié)基于用戶的行為邏輯以及尼爾森的狀態(tài)可見原則，分別對加強(qiáng)人臉識別系統(tǒng)的前饋和反饋進(jìn)行改良設(shè)計，利用人機(jī)工程學(xué)的原則來提升人臉識別系統(tǒng)的易用性。

（二）人臉識別器交互設(shè)計改進(jìn)思路

1.人機(jī)界面尺寸設(shè)計：在設(shè)計標(biāo)識與人臉識別器的尺寸時，可以根據(jù)公式α=2arctanH/2L視距和視角之間的關(guān)系進(jìn)行計算。式中：α為視角;L為眼睛到識別器界面的距離，H為界面的高度，如圖4所示。

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)中的視野原則，觀看人臉識別器人機(jī)界面時最佳視角α在視椎內(nèi)30°范圍內(nèi)，水平視線上方15°。因此，可推算出常見的視距與界面邊緣最小值的關(guān)系，如表1所示。筆者根據(jù)實(shí)地測量，將用戶眼睛到人機(jī)界面的距離即視距設(shè)定為350mm，所以，根據(jù)表1將人機(jī)界面的高度尺寸設(shè)定為190mm。

人機(jī)界面中的文字信息是向用戶傳達(dá)信息的重要媒介，所以人機(jī)界面中的文字尺寸需要根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的原則進(jìn)行設(shè)計，而不是主觀的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計。

根據(jù)公式D=L/200～250，其中D代表文字尺寸，L為視距，其實(shí)200，250是公式常量。將表1中的常用視距350mm代入公式計算可以得出文字尺寸=350/200=1.75mm。所以，人機(jī)界面中的文字尺寸最小為1.75mm，由于是重要的提示性文字，筆者將文字尺寸設(shè)定為4mm，如圖5所示。

2.人臉識別器安裝高度設(shè)計：視距和視角的關(guān)系是考慮安裝位置的關(guān)鍵要素，視角會影響視距。人臉識別器和提示標(biāo)識的安裝尺寸應(yīng)被受人的站姿眼高尺寸所決定。另一方面，視角、標(biāo)識和人臉識別器的尺寸高度，到地面之間的距離同樣是需要考慮的重要因素。

筆者取第50百分位的男性眼睛水平高度和第50百分位的女性眼睛水平高度的平均值，得到以下計算結(jié)果。站姿眼高=眼高均值+修正量≈1579mm。所以，人臉識別器的安裝高度應(yīng)為1579mm。

3.人臉識別器反饋設(shè)計：在用戶通過人臉識別系統(tǒng)離開校園時，人臉識別器的人機(jī)界面應(yīng)該對用戶的行為做出更加清晰直接的文字反饋，更有效地對用戶的下一個行為進(jìn)行引導(dǎo)。在人機(jī)界面中明確給出用戶可以通行的文字表達(dá)，加強(qiáng)對用戶行為的反饋，如圖5所示?！罢埻ㄐ小弊謽拥念伾歉鶕?jù)行為邏輯的原則來進(jìn)行設(shè)計的，綠色代表通行的觀念深入人心，所以將核心反饋語的顏色設(shè)定為綠色。

（三）門禁系統(tǒng)交互設(shè)計改進(jìn)思路

1.標(biāo)識設(shè)計：在用戶進(jìn)入校園時，人臉識別系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)用戶的行為邏輯進(jìn)行交互設(shè)計，人臉識別系統(tǒng)需要為新用戶帶來完整的信息前饋，使用戶能夠無意識地認(rèn)知到應(yīng)該如何使用人臉識別系統(tǒng)通過門禁，減少新用戶的學(xué)習(xí)成本。所以，可以像圖6那樣在門禁前的道路上做出對用戶行為具有引導(dǎo)性的標(biāo)識，在鐵門上安裝簡明的提示牌。

如表2所示，在設(shè)計標(biāo)識與人臉識別器的尺寸時，可以根據(jù)公式α=2arctanH/2L視距和視角之間的關(guān)系進(jìn)行計算。所以，為了使用戶在距離門禁系統(tǒng)10m的位置就能注意到提示牌，標(biāo)志的最小尺寸應(yīng)該為25cm，由于是重要的提示性標(biāo)識，筆者將尺寸設(shè)定為30cm，如圖6所示。

為了使用戶在距離門禁10m的位置就能注意到文字提示標(biāo)識，所以根據(jù)公式：字符尺寸=視距/250=1000cm/250=4cm。最后將“請注視攝像頭”文字標(biāo)識的高度尺寸設(shè)定為4cm。

2.門禁系統(tǒng)反饋設(shè)計：當(dāng)人臉識別系統(tǒng)成功掃描用戶面部特征，解除門禁以后，設(shè)計師應(yīng)該考慮加強(qiáng)門禁系統(tǒng)對用戶行為的反饋?？梢岳芒僭黾訑z像頭燈光、②增加大門自動彈開幅度、③聲音提示等手段，使用戶能夠自主意識到門禁已經(jīng)解除，可以通行。

結(jié)語

基于交互設(shè)計方法及原則對沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)進(jìn)行改良設(shè)計，不僅能夠彌補(bǔ)沈陽建筑大學(xué)正門現(xiàn)有人臉識別系統(tǒng)的缺點(diǎn)，還能夠使沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)比之前更人性化，從而最終達(dá)到改進(jìn)沈陽建筑大學(xué)正門人臉識別系統(tǒng)使用效率的根本目的。