晃動(dòng)環(huán)境下交互設(shè)備對(duì)操作績(jī)效和上肢肌肉活動(dòng)的影響研究

楊坤華，張奇良，張鈺瑩，曲行達(dá)， 陶達(dá)

(深圳大學(xué) 人因工程研究所，深圳 518060)

1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，帶有觸摸屏的信息顯示系統(tǒng)與人機(jī)交互設(shè)備越來(lái)越多地應(yīng)用在各種交通運(yùn)輸工具上，如汽車(chē)、船舶、飛行器等[1-3]。而交通運(yùn)輸工具在移動(dòng)行駛的過(guò)程中往往伴隨著晃動(dòng)現(xiàn)象，這意味著駕駛員或操作員需要在晃動(dòng)條件下執(zhí)行人機(jī)交互任務(wù)。研究表明，晃動(dòng)環(huán)境下人的生理和心理狀態(tài)與靜態(tài)下不同[4]。首先，人體長(zhǎng)期處于晃動(dòng)狀態(tài)，身體可能產(chǎn)生不適或眩暈感，其認(rèn)知和行動(dòng)的能力可能大幅度地下降[5]。其次，長(zhǎng)期在晃動(dòng)環(huán)境中工作，人的心理和生理的健康水平會(huì)降低[6]，且容易產(chǎn)生腰酸背痛問(wèn)題[7-8]?；蝿?dòng)會(huì)使人在進(jìn)行人機(jī)交互操作時(shí)分散注意力以保持身體平衡[9]，此時(shí)人需要額外的心理和肢體努力才能完成交互任務(wù)。例如，Tao等人[10]研究了在晃動(dòng)環(huán)境下對(duì)觸摸屏手勢(shì)操作性能的影響。結(jié)果表明，晃動(dòng)環(huán)境對(duì)用戶的心智負(fù)荷有顯著影響。Lin等人[11]研究了晃動(dòng)對(duì)視覺(jué)績(jī)效的影響，研究發(fā)現(xiàn)晃動(dòng)頻率和幅度對(duì)執(zhí)行任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間、正確率和人的視覺(jué)疲勞都有顯著影響。Goode等人[12]的研究也調(diào)查了晃動(dòng)狀態(tài)對(duì)觸屏車(chē)載戰(zhàn)斗管理系統(tǒng)可用性和工作負(fù)荷的影響。結(jié)果表明，晃動(dòng)條件的劇烈程度會(huì)顯著影響觸屏設(shè)備信息輸入任務(wù)的績(jī)效。

交互設(shè)備也可能影響晃動(dòng)環(huán)境中交互任務(wù)的績(jī)效與用戶的操作感受。隨著傳感器技術(shù)的日漸成熟，諸如微軟Kinect和Leap Motion等體感交互設(shè)備開(kāi)始興起[13]。相比傳統(tǒng)的鼠標(biāo)、軌跡球和觸摸屏交互設(shè)備，新型的體感交互設(shè)備能夠通過(guò)追蹤用戶的手指或手腕關(guān)節(jié)，讓用戶能徒手使用手勢(shì)操作與計(jì)算機(jī)中的目標(biāo)進(jìn)行非接觸式的交互[14]，從而用戶得以用更自然直接的方式與人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互。先前的研究比較了幾種傳統(tǒng)交互設(shè)備在基本人機(jī)交互任務(wù)(指向任務(wù)和拖放任務(wù))中的使用情況，而一些新型的手勢(shì)操控等體感交互設(shè)備則很少被研究。Chen的研究[15]評(píng)估了使用沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、鼠標(biāo)和觸屏對(duì)完成單向點(diǎn)擊任務(wù)、多向點(diǎn)擊任務(wù)和拖動(dòng)任務(wù)的操作績(jī)效。結(jié)果表明VR比鼠標(biāo)和觸屏產(chǎn)生更高的錯(cuò)誤率和更長(zhǎng)的任務(wù)完成時(shí)間。Jones等人[13]評(píng)估了在點(diǎn)擊任務(wù)中使用Leap motion和鼠標(biāo)的情況，發(fā)現(xiàn)與鼠標(biāo)相比，Leap motion會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的任務(wù)完成時(shí)間、更高的錯(cuò)誤率、更多的疲勞和更低的使用偏好得分。由于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互沒(méi)有物理上的接觸，新型交互設(shè)備的使用情況可能與傳統(tǒng)交互設(shè)備有著非常大的不同，且在晃動(dòng)環(huán)境下執(zhí)行交互設(shè)備有關(guān)任務(wù)的表現(xiàn)，相關(guān)研究仍不清楚。

此外，人機(jī)交互過(guò)程中的肌肉疲勞現(xiàn)象也是我們亟須關(guān)注的重要問(wèn)題[16]。用戶操作這些交互設(shè)備，不僅可能導(dǎo)致上肢肌肉疲勞，長(zhǎng)期情況下還可能會(huì)出現(xiàn)諸如肩頸酸痛、腕管綜合征等嚴(yán)重的上肢肌肉骨骼疲勞癥狀[17]。頻繁使用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的用戶，因手腕關(guān)節(jié)進(jìn)行長(zhǎng)期地密集、反復(fù)和超負(fù)荷的活動(dòng)，導(dǎo)致其上臂肌肉或關(guān)節(jié)出現(xiàn)不適以及疲勞，甚至可能出現(xiàn)麻痹、腫脹、痙攣等癥狀[18]。因此，研究交互設(shè)備對(duì)上肢肌肉疲勞的影響，對(duì)選擇合適的交互設(shè)備以及制定人機(jī)交互中上肢肌肉疲勞緩解措施有重要意義。

綜上所述，目前大部分研究基于靜態(tài)環(huán)境開(kāi)展，對(duì)晃動(dòng)這一交互場(chǎng)景的研究還比較匱乏；另外，體感交互等新型交互方式在晃動(dòng)狀態(tài)下的可用性尚不清楚。因此，本研究擬通過(guò)模擬晃動(dòng)環(huán)境下多種交互設(shè)備的操作情境，以探究不同交互設(shè)備在晃動(dòng)環(huán)境下對(duì)任務(wù)績(jī)效和肌肉疲勞情況的影響，為晃動(dòng)環(huán)境下交互設(shè)備的使用和配置以及晃動(dòng)環(huán)境下人機(jī)交互任務(wù)中肌肉疲勞的檢測(cè)和干預(yù)措施提供參考依據(jù)。

2 對(duì)象與方法

2.1 對(duì)象

15名具有正?；虺C正視力，且具備正?；顒?dòng)能力、無(wú)肌肉骨骼相關(guān)疾病的在校大學(xué)生參與了此研究。所有參與實(shí)驗(yàn)的受試者均為右利手。其平均年齡為22.1歲(標(biāo)準(zhǔn)差為1.9)。女性共5名，男性共10名。

2.2 方法

本實(shí)驗(yàn)采用兩因素(3×4)組內(nèi)設(shè)計(jì)方式。組內(nèi)因子為晃動(dòng)程度(3種類(lèi)型：靜止，輕度晃動(dòng)，中度晃動(dòng))和交互設(shè)備(4種類(lèi)型：軌跡球，鼠標(biāo)，Leap Motion，觸摸屏)。因變量包括交互操作績(jī)效(任務(wù)完成時(shí)間和錯(cuò)誤率)，右手五塊上肢肌肉(指伸肌，橈側(cè)腕屈肌，肱二頭肌，三角肌，上斜方肌)的表面肌電信號(hào)特征值(積分肌電值iEMG)，主觀疲勞度及舒適度。其中，任務(wù)完成時(shí)間以每個(gè)實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成單次多向點(diǎn)擊或拖動(dòng)的平均時(shí)間表示。錯(cuò)誤率以任務(wù)完成過(guò)程中操作錯(cuò)誤次數(shù)的比例表示。肌電方面，通過(guò)五個(gè)無(wú)線傳感器分別對(duì)右手上肢五塊肌肉的表面肌電信號(hào)進(jìn)行采樣。主觀疲勞問(wèn)卷采用了基于ISO 9241-9標(biāo)準(zhǔn)的主觀疲勞度與舒適度量表[13]來(lái)評(píng)估相應(yīng)身體部位(手臂、手腕、肩部、手指和頸部)的疲勞程度和總體舒適度，各項(xiàng)指標(biāo)以5分量表的形式進(jìn)行評(píng)分。

本研究選用ISO 9241-411推薦的用于評(píng)估交互設(shè)備的基礎(chǔ)人機(jī)交互任務(wù)作為實(shí)驗(yàn)任務(wù)[15]。包括多向點(diǎn)擊任務(wù)(圖1)和拖放任務(wù)(圖2)兩個(gè)基本任務(wù)。具體任務(wù)介紹如下：

多向點(diǎn)擊任務(wù)：任務(wù)要求受試者使用食指按順序依次點(diǎn)擊黃色圓形塊。在該任務(wù)中，16個(gè)圓形被均勻排列在直徑為20 mm的圓周上。黃色的圓形為受試者需要點(diǎn)擊的目標(biāo)，其他圓形則為灰色。當(dāng)受試者成功點(diǎn)擊相應(yīng)目標(biāo)后，該目標(biāo)會(huì)由黃色變成灰色，下一個(gè)目標(biāo)則由灰色變成黃色，等待受試者的下一次點(diǎn)擊。每種實(shí)驗(yàn)組合條件下，每個(gè)多向點(diǎn)擊任務(wù)需重復(fù)點(diǎn)擊16次。若受試者在點(diǎn)擊中未能點(diǎn)中目標(biāo)則被記錄一次錯(cuò)誤。

拖放任務(wù)：該任務(wù)要求受試者使用食指選擇、拖動(dòng)和放置目標(biāo)，即將黃色的小方形拖入另一邊的藍(lán)色大方形中。當(dāng)小方形被完全拖入藍(lán)色大方形并放下時(shí)，藍(lán)色大方形變灰色，該次操作被視為成功。隨后另一側(cè)的灰色大方形變成藍(lán)色，受試者再按同樣規(guī)則進(jìn)行下一次拖放操作。每種實(shí)驗(yàn)組合條件下，每個(gè)拖放任務(wù)需重復(fù)拖放操作16次。若受試者在一次拖放操作中將小方形放下在目標(biāo)大方形外則被記錄一次錯(cuò)誤。

圖1 多向點(diǎn)擊任務(wù)

圖2 拖放任務(wù)

2.3 實(shí)驗(yàn)材料和流程

本實(shí)驗(yàn)采用一個(gè)六自由度晃動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模擬晃動(dòng)環(huán)境，晃動(dòng)參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)任務(wù)程序通過(guò)Visual Basic 6.0編制，采用23英寸戴爾觸摸屏顯示器呈現(xiàn)(分辨率1920×1080)，觸摸屏垂直放置。四種交互設(shè)備分別為：羅技M185無(wú)線兩鍵鼠標(biāo)，Kensington CA94065有線軌跡球，第三代Leap Motion以及上述戴爾觸摸屏。表面肌電信號(hào)使用Ag/AgCl電極片采集信號(hào)，使用ErgoLab人機(jī)同步平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄信號(hào)。

表1 晃動(dòng)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)前，主試指示受試者坐在晃動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)入練習(xí)階段。接著受試者在晃動(dòng)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。受試者被要求系好安全帶，并將座椅調(diào)整至自我感覺(jué)最舒適的位置，保持下背部緊貼座椅靠背。正式實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受試者總共完成384次子任務(wù)(3種晃動(dòng)程度×4種交互設(shè)備×2種交互任務(wù)×16次)，且要求盡快盡準(zhǔn)確完成每個(gè)任務(wù)。受試者將在12種組合條件(3種晃動(dòng)程度×4種交互設(shè)備)，分別完成按隨機(jī)順序呈現(xiàn)的2種交互任務(wù)，同步采集表面肌電信號(hào)。每種交互設(shè)備任務(wù)完成后，受試者將被要求完成主觀疲勞度及舒適度問(wèn)卷，然后休息5 min以緩解可能產(chǎn)生的疲勞。隨后，在下一種晃動(dòng)程度下完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)及問(wèn)卷直至完成所有實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室照明度為220lux，實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)約1.5 h。

2.4 數(shù)據(jù)處理和分析

表面肌電是一種微弱的生物電信號(hào)，需對(duì)采集后的原始信號(hào)作預(yù)處理。使用頻率為5 Hz和500 Hz的高通和低通濾波，帶阻濾波的截止頻率為50 Hz，使用時(shí)間窗口大小為100 ms的滑動(dòng)均方根整流，肌電傳感器采樣率為1 024 Hz。重復(fù)測(cè)量方差分析用來(lái)分析晃動(dòng)環(huán)境和交互設(shè)備對(duì)任務(wù)操作績(jī)效和肌肉活動(dòng)的影響。球形檢定用來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否符合球形假設(shè)，若數(shù)據(jù)違反球形假設(shè)，則使用經(jīng)Greenhouse-Geisser校正的自由度和p值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 22軟件進(jìn)行分析，顯著性水平設(shè)為0.05。

3 結(jié)果

3.1 晃動(dòng)狀態(tài)和交互設(shè)備對(duì)任務(wù)績(jī)效的影響

對(duì)于任務(wù)完成時(shí)間(表2)，晃動(dòng)程度對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(2,28)=8.600，P=0.001)、拖放任務(wù)(F(2,13)=37.938，P<0.001)的完成時(shí)間均有顯著影響。交互設(shè)備對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(3,12)=172.539，P<0.001)、拖放任務(wù)(F(3,12)=177.950，P<0.001)的完成時(shí)間均有顯著影響。交互設(shè)備和晃動(dòng)程度對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(6,9)=18.161，P<0.001)和拖放任務(wù)(F(6,9)=13.677，P<0.001)的完成時(shí)間均有顯著的交互作用(圖4、圖5)。

圖4 晃動(dòng)程度和交互模式對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)完成時(shí)間的交互作用

圖5 晃動(dòng)程度和交互模式對(duì)拖放任務(wù)完成時(shí)間的交互作用

表2 晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)任務(wù)完成時(shí)間(ms)的影響

對(duì)于錯(cuò)誤率(如表3)，晃動(dòng)程度對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(2,28)=15.737，P<0.001)、拖放任務(wù)(F(2,28)=6.865，P=0.004)的錯(cuò)誤率均有顯著影響。交互設(shè)備對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(3,42)=72.818，P<0.001)、拖放任務(wù)(F(3,12)=95.817，P<0.001)的錯(cuò)誤率均有顯著影響。交互設(shè)備和晃動(dòng)程度的交互作用對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)(F(6,9)=5.509，P=0.012)，拖放任務(wù)(F(6,9)=4.791，P=0.018)的操作錯(cuò)誤率均有顯著影響(圖6、圖7)。

圖6 晃動(dòng)程度和交互模式對(duì)多向點(diǎn)擊任務(wù)錯(cuò)誤率的交互作用

圖7 晃動(dòng)程度和交互模式對(duì)拖放任務(wù)錯(cuò)誤率的交互作用

表3 晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)任務(wù)錯(cuò)誤率(%)的影響

3.2 主觀疲勞度及舒適度

圖8為交互設(shè)備對(duì)主觀疲勞度及舒適度的影響。交互設(shè)備對(duì)總體舒適度(F(3,42)=41.980，P<0.001)、頸部疲勞度(F(3,42)=15.215，P<0.001)、肩部疲勞度(F(3,42)=79.676，P<0.001)、手臂疲勞度(F(3,42)=55.361，P<0.001)、手腕疲勞度(F(3,42)=31.005，P<0.001)和頸部疲勞度(F(3,42)=16.975，P<0.001)均有顯著影響。數(shù)據(jù)表明，使用Leap Motion時(shí)，人的主觀疲勞度最高、總體舒適度最低，使用鼠標(biāo)時(shí)則相反。使用觸摸屏和軌跡球時(shí)，除手指外的其他部位主觀疲勞度均相近，軌跡球的總體舒適度比觸摸屏低。此外，無(wú)論使用哪種交互設(shè)備，手臂疲勞度均為最高。使用Leap Motion和觸摸屏?xí)r，各上肢部位的主觀疲勞度由高到低依次為手臂、手腕、肩部、手指、頸部；使用鼠標(biāo)和軌跡球時(shí)，各上肢部位的主觀疲勞度由高到低依次為手臂、手腕、手指、肩部、頸部。

圖8 交互模式對(duì)總體舒適度及主觀疲勞度的影響

3.3 晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)上肢肌肉活動(dòng)指標(biāo)的影響

表4為晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)五處肌肉積分肌電值(iEMG)的影響。晃動(dòng)程度對(duì)指伸肌(F(2,28)=18.494，P<0.001)、肱二頭肌(F(2,28)=6.901，P=0.004)、三角肌(F(2,28)=5.104，P=0.013)和上斜方肌(F(2,28)=10.150，P<0.001)的iEMG存在顯著影響。交互設(shè)備對(duì)指伸肌(F(3,42)=41.828，P<0.001)、橈側(cè)腕屈肌(F(3,42)=19.625，P<0.001)、肱二頭肌(F(3,42)=33.835，P<0.001)、三角肌(F(3,42)=36.405，P<0.001)和上斜方肌(F(3,42)=30.001，P<0.001)的iEMG均有顯著影響。交互設(shè)備和晃動(dòng)程度對(duì)指伸肌(F(6,84)=10.474，P<0.001)、肱二頭肌(F(6,84)=5.373，P<0.001)、三角肌(F(6,84)=3.505，P=0.004)和上斜方肌(F(6,84)=4.912，P<0.001)的iEMG均存在顯著的交互作用。

表4 晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)五處肌肉表面肌電信號(hào)的積分肌電值(iEMG)的影響

4 討論

隨著現(xiàn)代交通工具駕駛座艙內(nèi)人機(jī)交互系統(tǒng)的更新發(fā)展，愈加多樣化的人機(jī)交互設(shè)備在晃動(dòng)環(huán)境下得到應(yīng)用。本研究旨在探討晃動(dòng)環(huán)境下使用交互設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)人機(jī)交互操作的行為績(jī)效及主客觀測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，晃動(dòng)和交互設(shè)備對(duì)人機(jī)交互過(guò)程中的操作績(jī)效、主客觀疲勞及舒適度和肌電均有不同程度的顯著影響。

4.1 晃動(dòng)環(huán)境的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，晃動(dòng)顯著降低了用戶執(zhí)行多向點(diǎn)擊和拖放任務(wù)的績(jī)效。這可能是因?yàn)榛蝿?dòng)干擾了用戶對(duì)身體平衡和肢體運(yùn)動(dòng)(尤其是實(shí)驗(yàn)任務(wù)中所要求的上肢定點(diǎn)指向運(yùn)動(dòng))的控制，加重了他們生理和心理上的疲勞，進(jìn)而降低了他們?nèi)藱C(jī)交互操作的績(jī)效。該結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致[9,20-21]。如Lin等人也發(fā)現(xiàn)晃動(dòng)程度對(duì)用戶的輸入設(shè)備(如鼠標(biāo)、軌跡球和觸摸屏)操作績(jī)效均有顯著影響[11]。該發(fā)現(xiàn)表明在該實(shí)驗(yàn)設(shè)置程度的晃動(dòng)場(chǎng)景下應(yīng)采取與靜止?fàn)顟B(tài)不同的交互設(shè)備選用策略。相比多向點(diǎn)擊任務(wù)，晃動(dòng)對(duì)拖放任務(wù)完成時(shí)間造成的影響更大，可能的原因是拖放任務(wù)使得用戶需持續(xù)地按住目標(biāo)塊和保持食指穩(wěn)定移動(dòng)以完成任務(wù)?；蝿?dòng)幅度越大，需要保持穩(wěn)定的努力程度就越高，從而導(dǎo)致操作時(shí)間的增加。相比拖放任務(wù)，晃動(dòng)對(duì)多向點(diǎn)擊產(chǎn)生的錯(cuò)誤率的更高，可能的原因是在點(diǎn)擊任務(wù)中用戶不必穩(wěn)定選中目標(biāo)物而只需要間斷性地保持點(diǎn)擊任務(wù)的執(zhí)行，而晃動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)面效果削弱用戶在執(zhí)行多向點(diǎn)擊操作時(shí)對(duì)設(shè)備或食指的控制精確度導(dǎo)致錯(cuò)誤率增加。

與我們預(yù)期的相同，晃動(dòng)明顯提高了用戶的上肢肌肉活動(dòng)水平，該結(jié)論與之前的研究相同[21]。Hazel在研究全身振動(dòng)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[22]，這種對(duì)全身晃動(dòng)的擾動(dòng)會(huì)引起反射性肌肉收縮，從而增加肌肉活動(dòng)并有助于增加力量。這有助于解釋我們的結(jié)論，在執(zhí)行人機(jī)交互任務(wù)時(shí)，上肢肌肉不僅要控制和保持任務(wù)要求的動(dòng)作，也要與晃動(dòng)帶來(lái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)作對(duì)抗，更高的肌肉活動(dòng)水平更助于完成人機(jī)交互任務(wù)。相比靜止條件，晃動(dòng)幅度增大到中度條件對(duì)頸部和上臂的肌肉影響更大，如三角肌，上斜方肌相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)下的iEMG值分別上升了33%，31%。可能的原因是控制上臂肌肉穩(wěn)定有利于使上肢受晃動(dòng)影響而運(yùn)動(dòng)的幅度減小，從而提高對(duì)上臂及手指操作的精確度要求。

4.2 交互設(shè)備的影響

研究表明，交互設(shè)備對(duì)任務(wù)績(jī)效有顯著影響。其中用戶在使用Leap Motion執(zhí)行兩種任務(wù)中的完成時(shí)間和錯(cuò)誤率均比其他三種交互方式都高，這與之前的結(jié)果一致[13,23]?？赡艿脑蚴怯脩魧?duì)Leap Motion和軌跡球的使用不太習(xí)慣或熟悉。而之前的研究也發(fā)現(xiàn)缺乏某項(xiàng)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的用戶在使用該技術(shù)的時(shí)候會(huì)遇到更多的困難[24]。盡管用戶在正式實(shí)驗(yàn)前有充足的時(shí)間熟悉使用Leap Motion和軌跡球，他們可能并不會(huì)完全掌握且靈活熟練地使用這種新興交互設(shè)備。然而，單純通過(guò)用戶以往的交互設(shè)備使用頻率來(lái)解釋Leap Motion和軌跡球的績(jī)效是不充分的。Park等人[19]的研究表明，與基于鼠標(biāo)的交互相比，徒手遠(yuǎn)程指向交互的產(chǎn)生疲勞度更高，這種疲勞源于伸展和手臂懸空與屏幕進(jìn)行交互所導(dǎo)致的。交互設(shè)備操作方式的不同也是導(dǎo)致Leap Motion和軌跡球績(jī)效表現(xiàn)較差的原因，如使用Leap Motion時(shí)，若要很好地點(diǎn)擊和控制目標(biāo)塊，必須保持食指僵直且平緩地移動(dòng)，這給多向點(diǎn)擊和拖放任務(wù)的完成帶來(lái)了許多困難。如果不能維持熟練的操作手勢(shì)，定位目標(biāo)塊便變得困難。此外，當(dāng)使用軌跡球完成多向點(diǎn)擊任務(wù)和拖放任務(wù)時(shí)，用戶需要使用中指或食指移動(dòng)滾球以控制光標(biāo)，使用拇指來(lái)多向點(diǎn)擊左鍵。在執(zhí)行多向點(diǎn)擊動(dòng)作時(shí)，保持滾球的靜止是一件比較困難的事情，這導(dǎo)致了更多操作失誤。相反地，當(dāng)用戶使用觸摸屏和鼠標(biāo)時(shí)，只需用手腕控制光標(biāo)以及用食指多向點(diǎn)擊左鍵，這會(huì)使移動(dòng)光標(biāo)和多向點(diǎn)擊動(dòng)作之間的切換更流暢。

相比傳統(tǒng)的三種交互模式，Leap Motion更容易引起上肢肌肉的疲勞，該結(jié)果也與用戶的主觀疲勞度一致。Park的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[19]也表明，用戶的主觀疲勞評(píng)分在所有部位(肩膀、上臂、前臂、手腕和手指)的“無(wú)支持的遠(yuǎn)程指向”均高于“有支撐的鼠標(biāo)指向”，這與我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致?？赡艿脑蚺c用戶使用Leap Motion時(shí)的上肢的懸空和運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)有關(guān)。使用Leap Motion要求用戶長(zhǎng)時(shí)間將手部懸停于控制器上而肘部缺少支撐，上肢的懸停誘發(fā)對(duì)應(yīng)肌肉持續(xù)發(fā)力，特別是對(duì)用于提肩的上斜方肌以及用于肩關(guān)節(jié)旋內(nèi)的三角肌。相比其他三種交互設(shè)備，用戶在使用鼠標(biāo)時(shí)的肌肉活動(dòng)水平最低，主觀疲勞程度和總體舒適度也最高。因此從減輕人機(jī)交互操作過(guò)程中的上肢疲勞情況來(lái)看，鼠標(biāo)是最好的選擇。結(jié)合晃動(dòng)因素來(lái)看，在使用Leap Motion完成任務(wù)的過(guò)程中，用戶的三角肌、上斜方肌的iEMG值均隨晃動(dòng)程度的升高呈現(xiàn)比其他肌肉較高的活動(dòng)強(qiáng)度，該結(jié)論指導(dǎo)用戶若長(zhǎng)期使用Leap Motion執(zhí)行任務(wù)，應(yīng)采取對(duì)手臂肌肉的按摩緩解措施以防止?jié)撛诘奈：Α?/p>

5 結(jié)論

本研究通過(guò)評(píng)估晃動(dòng)程度和交互設(shè)備對(duì)兩種基本人機(jī)界面任務(wù)的交互操作績(jī)效、主觀感知疲勞和上肢肌肉活動(dòng)情況的影響，為晃動(dòng)環(huán)境下交互設(shè)備的可用性研究提供了基礎(chǔ)理論。結(jié)果表明晃動(dòng)程度的增大都會(huì)降低人的交互操作績(jī)效，提高人上肢肌肉的活動(dòng)水平，而交互設(shè)備對(duì)任務(wù)的操作績(jī)效和主觀感知疲勞也有顯著影響。未來(lái)研究可以通過(guò)調(diào)整晃動(dòng)的幅度和頻率、采用多樣化的樣本來(lái)深入研討晃動(dòng)環(huán)境下交互設(shè)備可用性的研究及其對(duì)引發(fā)的肌肉疲勞效應(yīng)采用更全面評(píng)價(jià)體系。