情境感知驅(qū)動的交互設(shè)計(jì)

文/李姣姣（上海大學(xué) 上海美術(shù)學(xué)院）

良好的交互設(shè)計(jì)可以大幅度減輕人的認(rèn)知障礙。目前交互設(shè)計(jì)的研究更注重人性化、易用性，交互邏輯更注重緊密性、關(guān)聯(lián)性，以期營造良好的用戶體驗(yàn)。在交互設(shè)計(jì)過程中尤其關(guān)注人的行為，而用戶行為認(rèn)知就是研究人的認(rèn)知活動的顯著特征，涉及到人的感覺、知覺、記憶、思維過程等方方面面。隨著用戶行為認(rèn)知研究的發(fā)展，可為交互設(shè)計(jì)提供科學(xué)性指導(dǎo)。

本文以智慧旅游中的尋路系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)和虛擬工廠分揀系統(tǒng)培訓(xùn)交互設(shè)計(jì)為例，從用戶行為認(rèn)知的一般性出發(fā)，采用活動理論分析用戶連續(xù)的動作及轉(zhuǎn)變，進(jìn)而基于情境感知研究用戶與系統(tǒng)交互行為，總結(jié)具體場景中交互設(shè)計(jì)模型。

一、情境感知框架分析

1.1 情境及情境感知系統(tǒng)

情境(Context)是客觀存在的且具有普遍性，它與活動、事物等緊密相連，又被稱作“情景”或“上下文”，這些詞語在本質(zhì)上含義是一致的，涉及計(jì)算機(jī)[1]、 認(rèn)知心理學(xué)[2]、 教育學(xué)[3]、社會學(xué)、圖書館學(xué)[4]、設(shè)計(jì)學(xué)等領(lǐng)域研究，但是各有側(cè)重。最早將情境帶入設(shè)計(jì)方法中的是IBM公司，該公司使用情景分析法為洛杉磯奧運(yùn)會設(shè)計(jì)的語音操作系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，“情境”表示一個(gè)實(shí)體狀態(tài)信息的集合，而“情境感知系統(tǒng)”普遍被認(rèn)為是利用傳感器等信息獲取設(shè)備，采集相應(yīng)的情境信息，并將其信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可識別的形式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供相應(yīng)的反饋。

1991年，Mark Weiser首次提出了普適計(jì)算的概念，為情境感知系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)[5]。自此，情境感知就成為專家學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。Dey[6]將情境感知系統(tǒng)定義為使用情境數(shù)據(jù)向用戶提供重要信息或服務(wù)的系統(tǒng)，其中給定信息的相關(guān)性取決于用戶任務(wù)。BYUN H E等[7]認(rèn)為情境感知意味著能夠使用情境信息，系統(tǒng)能夠提取、解釋和使用情境信息，并使其功能適應(yīng)當(dāng)前的使用情境。我國的顧君忠教授[8]認(rèn)為情景感知的目的是試圖利用人機(jī)交互或傳感器提供給計(jì)算設(shè)備關(guān)于人和設(shè)備環(huán)境等情景信息,并讓計(jì)算設(shè)備給出相應(yīng)的反應(yīng)，這種獲取與反應(yīng),應(yīng)當(dāng)滿足情景適應(yīng)性、計(jì)算機(jī)反應(yīng)性、情景與反應(yīng)的響應(yīng)性、就位性、情景敏感性和環(huán)境導(dǎo)向性。一般來說，情境感知系統(tǒng)的目的是獲取和利用設(shè)備情境的信息，以便提供給特定人員、地點(diǎn)、時(shí)間、事件等的服務(wù)，情境感知系統(tǒng)旨在提供對信息、通信和計(jì)算的情境感知訪問。情景感知可以分為主動和被動情景感知：主動情境感知是指根據(jù)感知的情境,應(yīng)用程序主動改變行為以適應(yīng)變化；被動情境感知是指應(yīng)用程序?qū)⑿碌那榫俺尸F(xiàn)給感興趣的用戶,或者為用戶保存情景用于以后的檢索。

在交互設(shè)計(jì)的研究中，情境感知系統(tǒng)的目的在于根據(jù)傳感器獲得用戶自身以及身邊的情境信息，主動地向用戶推送相應(yīng)的服務(wù)，是一種主動服務(wù)設(shè)計(jì)，它能夠模擬人的認(rèn)知可提高系統(tǒng)功能的可用性[8]。情境感知服務(wù)應(yīng)用到諸多領(lǐng)域。在生活服務(wù)方面，情境感知服務(wù)在生活中應(yīng)用的比例穩(wěn)步上升，應(yīng)用到智慧旅游[9]、交通、購物、休閑娛樂等方方面面。例如網(wǎng)易云音樂的個(gè)性化推薦技術(shù)，類似于“盒馬鮮生”的O2O商家，可提供基于場景的服務(wù)，滲透到用戶生活中。除了在生活方面的應(yīng)用，情境感知技術(shù)也可應(yīng)用于可穿戴智能設(shè)計(jì)[10]、智能家居、智慧城市等。在功能性產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面Akbarinasaji S等[11]利用AR技術(shù)優(yōu)化了一種情感感知增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，用于機(jī)械設(shè)備的維護(hù)。薛霄[12]等基于情境感知技術(shù)開發(fā)了智慧礦山系統(tǒng)，能夠幫助礦工預(yù)防安全隱患。侯文君[13]基于情境感知對虛擬裝配技術(shù)進(jìn)行了研究。情境感知正在逐漸應(yīng)用在生活服務(wù)、系統(tǒng)維護(hù)、企業(yè)管理等諸多方面。

1.2 情境感知的交互系統(tǒng)分析

主要通過什么樣的方式獲取到哪些情境信息？情境信息如何分類？在具體的場景下，用戶會發(fā)生什么樣的行為？用戶的行為具備什么樣的特征？用戶的哪些操作和行為是觸發(fā)情境感知交互的關(guān)鍵點(diǎn)，在觸發(fā)觸點(diǎn)后，系統(tǒng)應(yīng)該響應(yīng)什么樣的服務(wù)？在情境信息感知推理層需要考慮情境信息如何聚類管理？獲取到的情境信息如何儲存？用戶與系統(tǒng)交互流程是怎樣的？在服務(wù)應(yīng)用層，用戶希望達(dá)到一種怎么樣的實(shí)現(xiàn)方式，交互的界面形式是什么樣的？交互邏輯如何設(shè)計(jì)得合理？

1.3 情境的分類及情境感知系統(tǒng)框架分析

對于情境的分類，Schmidt A[6]將情境分為與人相關(guān)的情境（用戶自身、社會環(huán)境與任務(wù)）和與物理環(huán)境相關(guān)的情境（條件、位置、基礎(chǔ)設(shè)施）。Gorker和Myrhaug將情境分為：環(huán)境，任務(wù)，社會，時(shí)空，用戶，位置。Jacek Gwizdka認(rèn)為可以分為內(nèi)部情境和外部情境。國內(nèi)的專家學(xué)者也對情境的分類有深入研究，情境需要圍繞著人來考慮，提出了情境譜系的概念，將情境分為計(jì)算、用戶、物理、時(shí)間、社會5類情境[8]。本文將情境信息分為用戶情境、環(huán)境情境以及任務(wù)情境3類。用戶情境：指的是用戶的個(gè)人基本信息數(shù)據(jù)（姓名、年齡、教育背景）、行為習(xí)慣等，以及用戶社交圈、工作等社會環(huán)境信息；環(huán)境情境：是指用戶所處位置信息、環(huán)境的光照變化等；任務(wù)情境：是指用戶在完成特定任務(wù)的操作流程、行為、以及操作的交互方式、交互對象等。

文中關(guān)注的是在具體場景中的交互設(shè)計(jì)，基于情境感知反饋于用戶，輔助用戶操作，實(shí)現(xiàn)的方式是傳感器感知用戶的情境信息，處理判斷信息后，以恰當(dāng)?shù)慕换ソ缑嫘问街鲃酉蛴脩籼峁┓答伔?wù)，減輕用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)?；谇榫掣兄獙⒔换ピO(shè)計(jì)框架分為情境信息獲取層、情境信息推理層以及服務(wù)應(yīng)用層，如圖1所示。情境信息獲取層：通過傳感器、系統(tǒng)參數(shù)以及用戶數(shù)據(jù)庫有選擇性地獲取情境信息；情境信息感知層：對獲取到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類管理存儲，依據(jù)相應(yīng)的規(guī)則以及觸點(diǎn)進(jìn)行情境信息的調(diào)用；服務(wù)應(yīng)用層：是系統(tǒng)的表現(xiàn)模型，在對情境信息推理使用后，以信息界面等形式反饋恰當(dāng)?shù)姆?wù)給用戶。

圖1 移動情境感知服務(wù)框架

1.4 情境感知系統(tǒng)推理及交互邏輯分析

情境感知系統(tǒng)獨(dú)特的特征是依據(jù)獲取到的情境信息，依據(jù)事先建立的規(guī)則庫實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)推理，主動地向用戶提供服務(wù)；情境感知推理的結(jié)果一是反饋給界面信息，二是觸發(fā)功能。界面交互邏輯如圖2所示。系統(tǒng)通過感知情境的變化，會自適應(yīng)地進(jìn)行反饋，要保證用戶在交互過程中獲得正確的反饋，從系統(tǒng)的可用性角度出發(fā)，所以在進(jìn)行情境推理時(shí)，應(yīng)該依據(jù)不同的任務(wù)情境制定合適的自適應(yīng)規(guī)則。

圖2 基于情境感知的系統(tǒng)交互邏輯分析

二、基于活動理論的用戶行為分析

2.1 活動理論

活動理論（the activity theory）是一種分析人類群體行為的范式，關(guān)注于人類群體的情境化行為。它起源于20世紀(jì)初，是前蘇聯(lián)心理學(xué)家、建構(gòu)主義理論代表人物之一的Vygotsky和他的學(xué)生發(fā)展起來的一種辯證唯物主義心理學(xué)。旨在通過分析個(gè)體在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)踐，描述和理解個(gè)體與物理環(huán)境相關(guān)的心理過程（如決策），核心概念是意識（包括決策、分類和記憶）[14]。

Vygotsky活動理論表示為主體（S）、客體（O）與中介或工具（X）三者之間的三角關(guān)系，他的學(xué)生LEONTIEV A N在先前研究的基礎(chǔ)上引入社會分工的概念，認(rèn)為應(yīng)該是主體（S）、客體（O）與社區(qū)（C）三者之間的關(guān)系，并提出了活動的層次框架，即活動（activity）、行為（action）以及操作（operation）、動機(jī)、觸發(fā)條件、目標(biāo)。主體對客體的反映(包括對客體的期望)是活動的動機(jī)；人的活動是通過行為進(jìn)行的；這些行為受主體有意識目標(biāo)的支配；目標(biāo)反映行動的客觀結(jié)果；操作是通過一系列行為實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)操作由特定的條件和結(jié)構(gòu)觸發(fā)；它們在沒有意識思維的情況下完成。

自20世紀(jì)80年代中期以來，活動理論作為人機(jī)交互（HCI）的基本觀點(diǎn)得到了探索，當(dāng)時(shí)人機(jī)交互領(lǐng)域認(rèn)識到人的活動和動機(jī)以及技術(shù)使用的重要性。國內(nèi)也有學(xué)者將活動理論引入到情境感知交互設(shè)計(jì)的研究中[10,15-16]。目前活動理論已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于HCI的研究中，具有不同的目的和作用。

2.2 用戶行為分析

基于活動理論，以智慧旅游中尋路系統(tǒng)為例，選取典型的用戶畫像分析用戶行為如圖3所示。用戶在尋路活動中由若干個(gè)行為階段組成，包含計(jì)劃、尋找、漫游、任務(wù)完成。具體操作為：初始起點(diǎn)位置；計(jì)劃目的地，計(jì)劃自己想去的地方；尋找目的地（尋路）；在尋找目的地的過程中，用戶需要查看地圖，或者路標(biāo)信息以確定自己路徑正確；在尋找目的地過程的同時(shí)，用戶可能會欣賞附近景點(diǎn)，有拍照、分享等行為；到達(dá)目的地，結(jié)束任務(wù)或者尋找下一個(gè)自己感興趣的地方，繼續(xù)尋路。

圖3 尋路系統(tǒng)用戶行為分析

三、用戶與系統(tǒng)交互分析

3.1 用戶與系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)流程

人機(jī)交互注重的用戶和系統(tǒng)之間的溝通交流，也是一種行為的設(shè)計(jì)，因此在設(shè)計(jì)初期要充分地分析用戶的行為以及用戶行為轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵點(diǎn)，以便于后續(xù)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。結(jié)合人的情境認(rèn)知研究，探究特定場景下用戶行為以及轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為交互流程以及系統(tǒng)的情境信息推理提供規(guī)則約束。在某種場景下，用戶動機(jī)的產(chǎn)生是人對目前的情境信息的感知，綜合分析理解當(dāng)前情境信息產(chǎn)生目標(biāo)，進(jìn)而產(chǎn)生行為操作。由活動理論可知，動機(jī)產(chǎn)生活動，活動是由用戶的一系列行為產(chǎn)生，行為是由一系列的操作組成。操作包含用戶行為轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，這些是用戶與實(shí)體或界面的交互觸點(diǎn)，從而圍繞設(shè)計(jì)策略輸出設(shè)計(jì)方案，如圖4所示。

圖4 基于活動理論的情境感知交互設(shè)計(jì)分析

3.2 尋路系統(tǒng)觸點(diǎn)分析

3.2.1 在用戶進(jìn)入尋路系統(tǒng)時(shí) 系統(tǒng)依據(jù)用戶所在環(huán)境情境，顯示用戶當(dāng)前所在的位置。

3.2.2 計(jì)劃目的地 系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)前所在的位置以及用戶的行為偏好，在系統(tǒng)中顯示該位置附近可到達(dá)的景點(diǎn)或者建筑物。用戶可依據(jù)顯示的信息自由漫游，或者點(diǎn)擊目的地，系統(tǒng)根據(jù)情境信息推理，規(guī)劃出用戶路徑，用戶可根據(jù)路際指示到達(dá)目的地。

3.2.3 用戶尋路過程 用戶會瀏覽周圍建筑物，可根據(jù)用戶移動的位置顯示出相應(yīng)建筑的標(biāo)識，若用戶感興趣可點(diǎn)擊觀看詳細(xì)信息。

3.3 用戶與系統(tǒng)交互行為分析

人機(jī)交互設(shè)計(jì)還要考慮到用戶與系統(tǒng)交互模式，即系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)模型?；贕OMS任務(wù)模型與UML流程圖分析用戶與系統(tǒng)交互行為：將交互流程分為感知目標(biāo)—操作（執(zhí)行）—評估—目標(biāo)階段。系統(tǒng)主動感知情境信息，預(yù)判交互任務(wù)的目標(biāo)；通過情境推理來感知用戶的意圖，從而做出交互策略；給用戶操作反饋或界面提示；用戶感知系統(tǒng)的操作，查看系統(tǒng)的反饋信息，判斷反饋的信息是否正確？若正確則完成目標(biāo)任務(wù)，若給出的反饋信息不正確，則系統(tǒng)繼續(xù)感知情境信息并做出反饋。系統(tǒng)是交互行為的主體，而用戶在整個(gè)交互流程中只是簡單地對系統(tǒng)的反饋進(jìn)行判斷。

尋路系統(tǒng)用戶與系統(tǒng)交互行為分析如圖5所示。依據(jù)上文基于活動理論的用戶行為及觸點(diǎn)分析，用戶進(jìn)入系統(tǒng)后，系統(tǒng)感知用戶情境信息，在用戶確定目的地之后，系統(tǒng)通過自適應(yīng)推理后感知用戶目的，進(jìn)行路線規(guī)劃并實(shí)時(shí)感知用戶情境的變化。用戶與系統(tǒng)間的信息傳遞模式，與傳統(tǒng)交互設(shè)計(jì)的信息傳遞相似，是通過界面實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)依據(jù)用戶、環(huán)境、任務(wù)情境推送相關(guān)路標(biāo)、建筑物以及景點(diǎn)的標(biāo)識、建筑物信息界面、路徑指示標(biāo)識等界面指導(dǎo)用戶完成尋路行為。

圖5 尋路場景用戶與系統(tǒng)交互分析

四、交互設(shè)計(jì)案例和基于情景感知的交互設(shè)計(jì)模型

4.1 尋路系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)

以古村落智慧旅游的虛擬場景為例，分析尋路系統(tǒng)中的交互設(shè)計(jì)界面，場景如圖6所示?；谏鲜龇治鲇脩粜袨?、交互觸點(diǎn)以及用戶與系統(tǒng)交互行為，系統(tǒng)根據(jù)情境信息感知用戶所在的位置，顯示用戶周圍可到達(dá)的目的地。用戶選擇目的地之后開啟尋路，系統(tǒng)基于情感感知信息顯示路徑指示標(biāo)識。在尋路過程中向用戶推薦周圍建筑物，點(diǎn)擊建筑物標(biāo)識可以顯示建筑物詳細(xì)的信息，具體交互界面如圖7所示。

4.2 虛擬工廠交互設(shè)計(jì)案例

伴隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，自然交互技術(shù)的興起，虛擬交互方式蓬勃發(fā)展。但是在虛擬場景中，由于自由度高、情境變化復(fù)雜，完全需要界面提示才可能準(zhǔn)確完成任務(wù)。因此虛擬場景中需要借鑒用戶在真實(shí)世界的行為，注重對情境的理解、依據(jù)空間定位做出響應(yīng)，借助真實(shí)世界中的交互設(shè)計(jì)范式。應(yīng)用活動理論分析用戶行為認(rèn)知基于情境的變化，做出反饋。例如虛擬工廠分揀體驗(yàn)平臺[17]，基于情境和行為研究用戶在真實(shí)世界的活動規(guī)律。具體以分揀系統(tǒng)培訓(xùn)場景為主要研究對象，用戶首先需要了解設(shè)備的參數(shù)等相關(guān)信息，然后選擇相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行操作。同時(shí)需要考慮到虛擬現(xiàn)實(shí)中視野與真實(shí)視野的差距。具體交互設(shè)計(jì)如圖8，9所示。

圖6 古村落虛擬場景

圖7 基于情境感知尋路交互界面示例

圖8 虛擬工廠分揀系統(tǒng)交互界面設(shè)計(jì)

圖9 虛擬工廠分揀系統(tǒng)操作交互界面

4.3 基于情境感知的交互設(shè)計(jì)模型

以尋路系統(tǒng)和虛擬工廠分揀系統(tǒng)交互設(shè)計(jì)為例，總結(jié)出基于情境感知的交互設(shè)計(jì)模型，如圖10所示。該模型分為：研究層、設(shè)計(jì)分析層、系統(tǒng)推理層以及表現(xiàn)層4個(gè)層次。研究層：在情境感知交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先明確要設(shè)計(jì)的情境信息有哪些？還需要分析在不同場景下的用戶需求有哪些？在特定的需求下用戶的行為是怎么變化的。設(shè)計(jì)分析層：情境感知系統(tǒng)需要在一定的條件時(shí)機(jī)下才會觸發(fā)，依據(jù)研究層的分析，找出在不同場景下用戶行為轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵點(diǎn)，以及觸點(diǎn)設(shè)計(jì)分析。系統(tǒng)推理層：分析用戶與系統(tǒng)之間的交互行為模式，系統(tǒng)根據(jù)情境信息感知的觸點(diǎn)，構(gòu)建合適的情境信息推理規(guī)則，同時(shí)在自適應(yīng)推理過程中，應(yīng)考慮到用戶的心智模型與系統(tǒng)表現(xiàn)模型的一致性。表現(xiàn)層：是系統(tǒng)依據(jù)情境信息推理做出反饋給用戶的指示，需要注意感知前后的界面變化，遵循交互界面可用性設(shè)計(jì)原則，合理地呈現(xiàn)情境感知系統(tǒng)感知的結(jié)果。

圖10 基于情境感知的交互設(shè)計(jì)模型

五、結(jié) 語

本文以智慧旅游尋路系統(tǒng)和虛擬工廠分揀系統(tǒng)中的交互設(shè)計(jì)為例，從用戶行為認(rèn)知分析出發(fā)，探討用戶與系統(tǒng)交互與信息傳遞模式，總結(jié)出基于情境感知的移動交互設(shè)計(jì)模型，從抽象到具體分為研究層、設(shè)計(jì)分析層、系統(tǒng)推理層以及表現(xiàn)層，用于指導(dǎo)在交互細(xì)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。