基于交互品質(zhì)的壓路機(jī)操縱手柄形態(tài)設(shè)計(jì)研究

顧鵬飛， 張 昆， 賈 輝

（中國礦業(yè)大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院， 江蘇 徐州 221116）

0 引言

壓路機(jī)操縱手柄是駕駛員控制壓路機(jī)駕駛?cè)蝿?wù)的直接交互裝置，涉及不同任務(wù)并行及裝置之間頻繁的切換，是復(fù)雜的功能集成裝置，并且任務(wù)的優(yōu)先級、參與感等不同屬性對駕駛員的決策都有不同程度的影響[1]。針對操縱手柄的多任務(wù)調(diào)度行為，造型作為操縱手柄的外在表現(xiàn)，承擔(dān)了產(chǎn)品的品質(zhì)、技術(shù)、性能、理念等多方面內(nèi)在屬性的表達(dá)[2]，在操縱手柄的設(shè)計(jì)中非常重要。 在設(shè)備智能化的背景下，通過研究壓路機(jī)駕駛員行為，關(guān)注駕駛員體驗(yàn)需求， 將特定的體驗(yàn)品質(zhì)與特定的互動屬性系統(tǒng)的聯(lián)系起來，使得交互與預(yù)期體驗(yàn)相匹配，進(jìn)行具有良好用戶體驗(yàn)壓路機(jī)操縱手柄設(shè)計(jì)研究是十分有必要的。

1 壓路機(jī)操縱手柄的交互品質(zhì)構(gòu)建

1.1 交互品質(zhì)在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法探討

交互品質(zhì)是描述交互過程特征或者屬性的一種語言[3]，描述用戶在具體場景中與產(chǎn)品或系統(tǒng)發(fā)生交互時(shí)，整個(gè)交互過程的特征和屬性。 通過發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)特征，即在指定條件下使用時(shí)需要滿足的隱性需求能力，保障用戶在特定的情境下對產(chǎn)品做出恰當(dāng)準(zhǔn)確的自適應(yīng)效果。

如何利用用戶認(rèn)知提取品質(zhì)特征并呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)中，以保持交互中動態(tài)的情感品質(zhì)， 國內(nèi)外學(xué)者做出了很多探索。 M?ttus M 認(rèn)為提升交互美學(xué)需要考慮到產(chǎn)品交互動作和外觀相關(guān)組成部分的整體審美感知[4]；Lenz E 通過開發(fā)交互詞匯表導(dǎo)出交互屬性， 以一種不受模態(tài)和技術(shù)限制的方式描述交互，創(chuàng)造一種特殊的體驗(yàn)：需要意識和在交互層次上有目的的屬性組合[5]；Youn-kyung Lim 就如何設(shè)計(jì)審美互動提出了三種重要的思維方式： 理解設(shè)計(jì)的是什么即交互、 知道設(shè)計(jì)交互時(shí)可以操縱什么即交互的屬性、掌握如何操縱屬性以形成交互，并從身體美學(xué)的角度解釋了該方法[6]；譚浩等通過對交互特征的提取、定義、描述及交互特征和用戶體驗(yàn)之間的關(guān)系，對車載手勢控制的音樂播放器交互界面進(jìn)行了再設(shè)計(jì)[7]；何人可通過交互人格化的方法，觀察分析設(shè)計(jì)原型，提取設(shè)計(jì)原型的的形式特征轉(zhuǎn)化為交互界面的形式特征， 增強(qiáng)了用戶在界面系統(tǒng)使用過程中的情感價(jià)值[8]。

當(dāng)前關(guān)系描述本質(zhì)上是主觀的， 因?yàn)椴煌娜丝梢杂貌煌姆绞蕉x和解釋它們，但是身體的互動參與，用戶會對特定環(huán)境中的產(chǎn)品或服務(wù)會產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)并形成穩(wěn)定的認(rèn)知。 依靠穩(wěn)定一致的交互行為及用戶體驗(yàn)構(gòu)建交互品質(zhì)， 共識聚類和交互式特征選擇同樣是提取屬性特征非常有用的方法[9]?？梢酝ㄟ^交互品質(zhì)屬性特征的獲取約束表達(dá)對象的固有屬性，如大小、功能、幾何形狀等，保障消費(fèi)者與產(chǎn)品的交互能內(nèi)在地獲得某種體驗(yàn)， 有利于構(gòu)建良好的交互關(guān)系。

1.2 面向用戶體驗(yàn)的交互品質(zhì)特征提取

Alashqar A M 將品質(zhì)定義為“產(chǎn)品或服務(wù)的整體特征，取決于其滿足特定需求的能力”[10]，因而交互式產(chǎn)品的品質(zhì)特征會對用戶的整體判斷產(chǎn)生影響。 針對復(fù)雜功能集成裝置， 壓路機(jī)操縱手柄的品質(zhì)特征可以通過明確壓路機(jī)操縱手柄的目的及典型任務(wù)， 梳理駕駛員的操作流程及交互行為關(guān)系獲取。最終，壓路機(jī)操縱手柄任務(wù)的主要形式特征聚類表現(xiàn)為“速度控制”和“碾壓輪控制”。 駕駛員對壓路機(jī)操縱手柄的體驗(yàn)認(rèn)知及感性訴求體現(xiàn)在這兩個(gè)形式特征之中。

利用半結(jié)構(gòu)式訪談獲取用戶對不同情境下對操縱手柄的感知反饋及反饋評估， 總結(jié)手柄任務(wù)輸出方式的特點(diǎn)和相關(guān)要求， 但是對于多數(shù)駕駛員來說， 很難從可用性、有用性等方面的評價(jià)系統(tǒng)，更多的是根據(jù)自己的認(rèn)知通過一些描述性的詞匯來表述經(jīng)驗(yàn)，如“能省力一些、更輕松一些”“用起來更加的順手”等。這些語句經(jīng)過提取發(fā)現(xiàn)駕駛員的體驗(yàn)描述呈現(xiàn)出相似性、穩(wěn)定性：是舒適的、放松的、準(zhǔn)確的、有效率的、有明確目標(biāo)的、有意義的、迅速反應(yīng)的、重復(fù)的等，能夠有效反映壓路機(jī)操縱手柄用戶體驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。 表現(xiàn)運(yùn)動特征是形式、相互作用、功能和由此產(chǎn)生的行為之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果， 并且這些交互特征在同一情境下往往優(yōu)于其它形式的交互， 其中細(xì)微的差異會對用戶體驗(yàn)產(chǎn)生重大影響[11]。

駕駛員的交互行為同樣反映操縱手柄的品質(zhì)特征。交互行為展現(xiàn)因果關(guān)系， 顯示為每個(gè)事件內(nèi)以及一個(gè)事件到另一個(gè)事件之間的關(guān)系。 壓路機(jī)操縱手柄作為手動交互，駕駛員的直接操作對象，通過觀察駕駛員執(zhí)行各任務(wù)的運(yùn)動， 總結(jié)運(yùn)動的動態(tài)品質(zhì)有助于描述駕駛員內(nèi)在意識的表達(dá)，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)參與。

1.3 壓路機(jī)操縱手柄交互品質(zhì)表達(dá)

交互特征品質(zhì)是無形和動態(tài)的， 但是會影響體驗(yàn)質(zhì)量。 引入交互品質(zhì)描述動態(tài)、無形的交互特征，以專家小組討論的方式，針對收集到的信息，分析探討壓路機(jī)操縱手柄的交互特征，構(gòu)建出壓路機(jī)操作手柄的交互品質(zhì)。 最終“控制的、自然的、舒適的”被用來描述一個(gè)具有良好交互關(guān)系的壓路機(jī)操縱手柄。交互品質(zhì)1“控制的”表現(xiàn)出時(shí)間、空間對交互品質(zhì)的影響，交互系統(tǒng)對有效完成壓路機(jī)操縱手柄每一操作任務(wù)， 任務(wù)相互配合達(dá)成操作目的的重要需求，交互特征表現(xiàn)為規(guī)律的、即時(shí)的、精確的；交互品質(zhì)2“自然的”表現(xiàn)出對駕駛員行為習(xí)慣的考量，客觀體現(xiàn)在動態(tài)交互過程中， 各任務(wù)對應(yīng)元件駕駛員操作行為切換的自然程度，交互特征表現(xiàn)為本能的、熟悉的、連貫的；交互品質(zhì)3“舒適的”是手柄造型設(shè)計(jì)用戶訴求最多的品質(zhì)， 具體表現(xiàn)在操縱手柄上呈現(xiàn)的交互特征為輕松的、自由的、貼合的。通過交互品質(zhì)的介入，解決單一屬性能夠幫助設(shè)計(jì)師為創(chuàng)造愉快的體驗(yàn)更具針對性的做出意見的方式， 使得輸入或輸出的行為概念得到有意識的考慮。

針對不同情境，駕駛員對手柄的訴求不同，所以品質(zhì)特征有些是針對某些特定的操作任務(wù)， 有些指向操作手柄本身或者存在交叉關(guān)系。 因此我們還討論了專家為完成一系列類似任務(wù)而采用的策略， 而由于使用此工具會改變他們執(zhí)行工作的方式， 重新討論了初始任務(wù)特征和設(shè)計(jì)原理，見圖1。

圖1 交互品質(zhì)特征構(gòu)建過程

經(jīng)過總結(jié)分析，在壓路機(jī)實(shí)際作業(yè)中，壓路機(jī)操縱手柄整體主要具備 “控制的”“自然的”“舒適的” 的交互品質(zhì)； 而駕駛員針對操縱手柄全部的操作流程和操作行為所呈現(xiàn)出的動態(tài)交互效果在不同任務(wù)中交互特征表現(xiàn)出不一樣的趨勢：在加速、減速、前進(jìn)、后退、制動的任務(wù)中要求操縱手柄是“本能的、熟悉的、貼合的、輕松的” ；選擇速度檔位——規(guī)律的、連貫的；油門加檔減檔——熟悉的、輕松的；振動開關(guān)——連貫的、輕松的；選擇頻率——規(guī)律的、即時(shí)的、精確的。

2 交互品質(zhì)至壓路機(jī)操縱手柄形態(tài)特征

交互品質(zhì)通過在設(shè)計(jì)之前有意識的識別屬性特征，來預(yù)測設(shè)計(jì)的吸引力，給設(shè)計(jì)師提供品質(zhì)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，能夠保證設(shè)計(jì)的吸引力。 通過交互品質(zhì)下交互特征與各任務(wù)的映射關(guān)系，闡述交互特征與物理屬性之間的關(guān)系，使得操縱手柄對設(shè)計(jì)的要求更加清晰明確。 例如在加速、減速、前進(jìn)、后退、制動5 個(gè)任務(wù)中，“本能的”說明操作人員在達(dá)到任務(wù)要求的條件下完成這些任務(wù)， 要求操縱手柄的交互方式是符合預(yù)期的、與直覺相一致的，“熟悉的”則要求壓路機(jī)操縱手柄的交互方式符合日常常識判斷，“向前推動手柄，壓路機(jī)加速，向后拉動手柄，壓路機(jī)減速”，與生活中多數(shù)手持手柄具有相通性，“貼合的”，“輕松的”形容的是駕駛員與操縱手柄交互力度的強(qiáng)弱， 無需過多費(fèi)力的操作保持對手柄的控制力度。

從“速度控制”的目的來看，基于操縱手柄的交互品質(zhì)進(jìn)行操縱手柄操作方式的設(shè)置，為保證加速、減速、前進(jìn)、后退、制動的良好體驗(yàn)，需要操縱手柄具有熟悉的、本能的、輕松的交互方式及貼合的造型特征。 通過交互品質(zhì)屬性特征的獲取，約束操縱手柄造型特征的表達(dá)形式，專家結(jié)合人機(jī)關(guān)系進(jìn)行討論，得出操縱手柄的部分參考：五指均有支撐、輪廓呈現(xiàn)為有機(jī)曲面、工作狀態(tài)與手柄運(yùn)動方向一致、 保證手腕與手掌呈一條直線、 有較長的運(yùn)動行程、手掌及手指與手柄充分接觸、呈現(xiàn)略微傾斜狀態(tài)、對手掌能夠起到支撐作用、五指有較高的自由度。 同樣的，選擇速度檔位，需要操縱裝置是規(guī)律的、連貫的——控制器在手指可達(dá)處、控制器的排布方式符合手指運(yùn)動軌跡；油門加檔減檔，要求操縱裝置是熟悉的、輕松的——控制器運(yùn)動方向與控制狀態(tài)具有一致性、 控制器狀態(tài)是可持續(xù)變化的。

從“按碾輪控制”的目的來看，在振動開關(guān)的任務(wù)要求下，需要操縱手柄操作裝置達(dá)到輕松的、連貫的交互特征， 便要求操縱手柄物理屬性是控制器在無大幅度動作下的手指可達(dá)處、與其它控制器處在同一控制軌道、控制器與手指有充分的接觸；選擇頻率，要求操縱裝置是規(guī)律的、即時(shí)的、精確的——同一功能控制器之間有足夠的間距、控制器的空間位置靠近大拇指、控制器的分布方式符合大拇指運(yùn)動軌跡、與其它控制器位置空間相互區(qū)分。

針對造型特征參考， 進(jìn)行壓路機(jī)操縱手柄形態(tài)優(yōu)化策略設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)壓路機(jī)工作狀態(tài)與手柄運(yùn)動方向一致，復(fù)制駕駛員自然運(yùn)動軌跡，使用戶能夠憑借經(jīng)驗(yàn)迅速適應(yīng)；復(fù)雜按鍵的空間布局， 將操作頻繁的頻率選擇按鍵置于手柄距離大拇指最近的位置， 并根據(jù)大拇指移動軌跡調(diào)節(jié)高低頻率按鍵空間位置關(guān)系，二者呈現(xiàn)為曲線軌跡；整體形態(tài)保障手柄工作狀態(tài)，手腕與手掌呈一條直線，并略微傾斜。 這些造型特征參考為壓路機(jī)操縱手柄提供了一個(gè)假定的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

3 操縱手柄造型設(shè)計(jì)與評價(jià)

3.1 壓路機(jī)操縱手柄模型構(gòu)建

通過構(gòu)建模型，有利于在更詳細(xì)的層面上解釋設(shè)計(jì)，以便于觀察和理解結(jié)果以及對設(shè)計(jì)結(jié)果的預(yù)測。利用油泥可塑性強(qiáng)、不易變形的特性，通過分層涂抹的方式，塑造產(chǎn)品的整體造型并進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整，以期達(dá)到預(yù)期的操縱手柄模型水平，見圖2。油泥模型用于操縱手柄的形體構(gòu)建及功能按鍵的排布方式模擬，在確認(rèn)方案后，通過三維軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)化建設(shè)進(jìn)行修飾并削弱模型建設(shè)的主觀程度并利用keyshot進(jìn)行賦予材質(zhì)觀察效果。見圖3 和圖4。

圖2 油泥模型制作

圖3 模型構(gòu)建

圖4 渲染模型

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于操縱手柄的方案設(shè)計(jì)是基于交互品質(zhì)研究的初步方案， 因此結(jié)合現(xiàn)有的用戶體驗(yàn)評估收集方法以及壓路機(jī)操縱手柄實(shí)體操縱裝置的性質(zhì)， 進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思方案的用戶體驗(yàn)評估。設(shè)計(jì)師參與活動，可以更好地了解物體的運(yùn)動和可能的行為， 并發(fā)現(xiàn)操縱手柄的物理限制。因此，本文的研究將受訪者分為專業(yè)組和用戶組， 有利于提升交互品質(zhì)評分結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性和普適性。 除設(shè)計(jì)方案， 見圖5 選取2 種手柄作為對比模型：通用手柄、概念手柄；分別作為手柄1、2、3進(jìn)行測試。 為了能夠更好地觀察人們與原型進(jìn)行自然互動， 實(shí)驗(yàn)利用3D 打印技術(shù)對3 種手柄進(jìn)行了等比例還原，比較不同的操縱手柄，了解輸出操縱手柄的交互水平，確定其優(yōu)缺點(diǎn)以及未來改進(jìn)的領(lǐng)域。 針對壓路機(jī)操縱手柄實(shí)際工作環(huán)境，設(shè)計(jì)操作平臺，還原壓路機(jī)工作室狀態(tài)，提高評估真實(shí)性，見圖6。 將壓路機(jī)操縱手柄的13 個(gè)任務(wù)隨機(jī)布置給實(shí)驗(yàn)對象，每間隔9s 更換任務(wù)。 測試人員分別使用3 種手柄， 根據(jù)提示進(jìn)行相應(yīng)任務(wù)操作，總時(shí)長為18min，更換手柄時(shí)休息8min 并完成相應(yīng)的調(diào)查問卷。

圖5 對比模型

圖6 模擬試驗(yàn)

3.3 用戶體驗(yàn)評價(jià)

參考隆德（Lund）開發(fā)的USE 用戶體驗(yàn)測試模型即有用性、滿意度和易用性問卷，結(jié)合操縱任務(wù)設(shè)置了20 個(gè)適合壓路機(jī)手柄測試的問題以評估用戶體驗(yàn)，進(jìn)行“非常不符合，不符合，基本不符合，一般，基本符合，符合，非常符合”，分別賦值“1、2、3、4、5、6、7”，用戶體驗(yàn)評估從有工程車駕駛經(jīng)驗(yàn)的用戶和工業(yè)設(shè)計(jì)研究生中共選取18 人。

圖7 體驗(yàn)問卷結(jié)果分析顯示， 測試人員對設(shè)計(jì)方案的評價(jià)相對另外兩個(gè)手柄處于較高的分值， 表明方案的設(shè)計(jì)構(gòu)思在介紹、視覺展示及實(shí)驗(yàn)測試階段，用戶體驗(yàn)的主觀評估更為理想。但是在握持方式的問題上，相對于手柄3 仍有差距，說明設(shè)計(jì)方案能否恰當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)“本能的”交互仍然需要更多的驗(yàn)證，可以利用交互品質(zhì)“自然的”調(diào)整優(yōu)化手柄物理參數(shù)，進(jìn)行更多的方案構(gòu)思。

4 結(jié)束語

本文針對壓路機(jī)操縱手柄任務(wù)特點(diǎn)， 從關(guān)注用戶行為、用戶體驗(yàn)的角度構(gòu)建交互品質(zhì)，并將其作為一種新的研究途徑，對原型屬性特征提取、體驗(yàn)設(shè)計(jì)和交互式原型設(shè)計(jì)三者加以整合，約束產(chǎn)品設(shè)計(jì)表達(dá)，提出了基于交互品質(zhì)的壓路機(jī)操縱手柄形態(tài)設(shè)計(jì)方法。 通過操縱手柄的案例研究， 提出三種交互品質(zhì)作為壓路機(jī)操縱手柄的設(shè)計(jì)考量，進(jìn)行手柄的形態(tài)設(shè)計(jì)，為能夠激發(fā)共情的壓路機(jī)形態(tài)設(shè)計(jì)提供了新的思路。