基于情緒外化所進行心理檢測的概念產(chǎn)品設(shè)計研究

白嘉銘 王頔 劉鑫

摘要：通過佩戴收集青少年心理健康數(shù)據(jù)，提出方案從而進行的青少年心理健康關(guān)愛。通過識別面部表情和肢體語言進行分析，構(gòu)建青少年心理模型，起到監(jiān)測和應(yīng)急處理青少年心理狀態(tài)的智能穿戴設(shè)備，起到數(shù)據(jù)收集，整合使用者當(dāng)前心理活動狀態(tài)。緩解青少年心理壓力，構(gòu)建健康心理。該方法可以提供全新的青少年心理健康解決思路，有著可持續(xù)創(chuàng)新理念。

關(guān)鍵詞：青少年心理；心理監(jiān)測；面部表情識別；生理信號；緩解心理壓力

中圖分類號：J51 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2023）23-0105-03

Abstract：To collect the mental health data of adolescents through wearing，and propose a plan to carry out the mental health care of adolescents. Through the recognition of facial expressions and body language analysis，the psychological model of adolescents was constructed，and the current mental activity state of users was analyzed，so as to play a role in the invention of intelligent wearable devices for monitoring and emergency treatment. Relieve the psychological pressure of adolescents and construct healthy psychology. This method can provide a new way to solve adolescent mental health and has the concept of sustainable innovation.

Keywords：Adolescent psychology；Psychological monitoring；Facial expression recognition；Physiological signal；Relieve psychological stress

一、時代背景及研究意義

（一）時代背景

根據(jù)國家教委抽樣調(diào)查，我國存在不同程度的心理障礙乃至心理疾病的大學(xué)生有近五分之一，需要心理衛(wèi)生服務(wù)的大學(xué)生高達四分之一，有明顯的心理障礙癥狀的大學(xué)生人數(shù)有十分之一，其中大部分學(xué)生急需心理咨詢和治療 。根據(jù)《中國教育科學(xué)研究院德育與心理特教研究所》研究表明，大規(guī)模災(zāi)難和經(jīng)濟衰退會導(dǎo)致心理疾病的風(fēng)險增加。疫病大流行同樣可以導(dǎo)致心理問題，對兒童、青少年來說尤甚，因為大多數(shù)精神障礙始于兒童時期。

在針對疫情環(huán)境下青少年心理影響方面從以下幾個觀點闡述：第一點，隨著疫情的反復(fù)和雙減政策的出臺，學(xué)校及各類教育機構(gòu)被迫關(guān)閉，青少年不僅在線下面授學(xué)習(xí)過程被中斷，此前由學(xué)校提供的非學(xué)業(yè)支持也同樣缺失。因為長期居家不能外出，正常的同伴交往和戶外活動受阻[1]。第二點因為疫情帶來的經(jīng)濟衰退，家長的教育行為和相關(guān)活動也同樣影響較大。疫情的暴發(fā)和反復(fù)持續(xù)，直接改變了青少年的學(xué)習(xí)、生活環(huán)境，威脅青少年身體健康的同時，也給其心理發(fā)展帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

（二）研究意義

心理健康在我們的學(xué)習(xí)生活中有著至關(guān)重要的作用，情緒則是心理的外化表現(xiàn)，而不穩(wěn)定的情緒是一種心理疾病。當(dāng)人們長期處于不穩(wěn)定的情緒中時，心理疾病和相關(guān)誘發(fā)疾病的概率也會隨之增加，情緒的外露和肢體語言表達則對個人心理活動的呈現(xiàn)更加具體和形象。

表情因為其具有直觀性的特點，在早期被用于識別情緒作為依據(jù)，但隨著研究的深入和微表情學(xué)科出現(xiàn)，其權(quán)威性受到質(zhì)疑，面部表情并不是完全客觀的信號。隨著醫(yī)學(xué)的進步，脈搏、心電圖、人體溫度等更多生理信號研究的深入。研究的重點也向人體的生理信號所傾斜，因為對比表情來說，其欺騙性更小也相對更客觀?，F(xiàn)有的基于生理信號所進行的情緒識別中，在生活和日常學(xué)習(xí)中有諸多不便，靠著電極接觸的方式進行屬于大型的可穿戴醫(yī)學(xué)設(shè)備，使佩戴者的數(shù)據(jù)收集更加精準，但相應(yīng)的也會令佩戴者產(chǎn)生不好的情緒影響，非接觸式的設(shè)備精準度也得不到保障。

因此，我想做一款智能穿戴設(shè)備，可以在第一時間捕捉我們的面部表情和肢體語言，反饋給設(shè)備中心，用來記錄我們一天的心理活動變化。其也可以連接手機、平板、電視等電子設(shè)備。當(dāng)使用者的情緒波動較大，從而影響身體健康的時候，會連接智能設(shè)備，進行舉措。產(chǎn)品的表現(xiàn)形式：不拘泥于手環(huán)、手表等常規(guī)形式，可以設(shè)計成眼鏡、帽子、小卡子等形式。

二、輔助心理健康算法的發(fā)展及其現(xiàn)狀

（一）基于面部表情關(guān)于心理監(jiān)測相關(guān)技術(shù)發(fā)展

1.發(fā)展歷史

達爾文在其著作《人類和動物的表情》中，首次論述了人的面部表情和動物的面部表情之間的關(guān)聯(lián)和分別。1971年，Ekman和Friesen研臉識別提取的特征是不同人臉的個體差異（特性），面部表情作為干擾信號研究了6種基本表情：高興、悲傷、驚訝、恐懼、憤怒和厭惡，并系統(tǒng)地建立了存在[2]。細致地描述了每一種表情對應(yīng)的面部變化，包括眉毛、眼睛、眼瞼和嘴唇等是如何變化的[3]。1978年，Suwa等人嘗試對視頻動畫進行人臉表情識別，可在連續(xù)的圖像序列中進行面部表情自動分析。20世紀 90年代開始使用光流變化來判斷肌肉的運動方向[4]。自此面部表情自主辨認步入了全新的時期。

2.研究現(xiàn)狀

在基于面部表情的情緒識別方法。第一是基于保羅·艾克曼開發(fā)的面部動作編碼系統(tǒng)來描述面部表情，此系統(tǒng)將人臉劃分成不同的單元格，通過不同的面部單元格所呈現(xiàn)的人臉表現(xiàn)和編碼一一對比來呈現(xiàn)出不同的情緒判斷；第二是從面部圖片中提取圖片特征再將特征輸入分類器根據(jù)特征進行情緒分類[5]；第三是利用圖片和視頻，視頻幀相比于圖片幀多了時間維度，將收集好的數(shù)據(jù)在進行編碼收集，從而達到更加準確的目的。

1978年一套基于面部微表情編碼被開發(fā)，它是由心理學(xué)家Ekman提出。其特征是將面部劃分為多個單元，從而進行表情的識別，并于2002年更新數(shù)據(jù)庫，該系統(tǒng)通過不同面部單元的運動來作出對情緒的判斷。之后也有局部面部器官幾何特征判斷情緒法被相繼提出，如表1。

（二）基于生理信號關(guān)于心理監(jiān)測相關(guān)技術(shù)發(fā)展

1.發(fā)展歷史：美國心理學(xué)之父威廉·詹姆斯在19世紀開展了關(guān)于生理機制與情緒相關(guān)的實驗研究，其認為情緒的出現(xiàn)跟自身的生理機能息息相關(guān)，當(dāng)人們出現(xiàn)不同的心理時所對應(yīng)的生理機能也會做出相關(guān)聯(lián)的舉措。例如：激動會引起脈搏與呼吸節(jié)奏的加劇，大腦皮層的生物電反饋會隨著情緒的波動變化，自主生理活動對情緒的影響雖得到了論證，卻將大腦中樞的反應(yīng)忽略，其同樣對情緒有著不同程度的影響。隨后Cannon與Bard一起提出了丘腦理論，丘腦控制了生理信號和情緒的變化，但真正決定情緒的是中樞腦區(qū)。其肯定了中樞腦區(qū)對于情緒的控制起到了決定性因素。種種神經(jīng)反饋成像研究表示，當(dāng)人們情緒產(chǎn)生不同變化時，大腦皮層與皮下丘腦都伴有特異性激活和失活，這正揭示了大腦皮層與情緒變化的相關(guān)聯(lián)系。

2.研究現(xiàn)狀：江蘇大學(xué)在2006年針對多生理信號的情緒識別的問題，以生理信號的分析為切入點，對受訪者進行表情觀察，行為判定和情緒的主觀感受將其作為評判體系的研究方法。得出的結(jié)論（1）以生理信號分析為主，輔助表情行為觀察和情緒主觀感受報告，是一種很有效的情緒識別方法，所得數(shù)據(jù)更加客觀和準確，提高了情緒識別率[6]；（2）實驗方案合理，能達到很好的情緒誘發(fā)效果[6]；（3）H R、H RV、R波、T波各生理參數(shù)對情緒較敏感[6]。（4）由逐步多類判別法提取出H F P，H R m a x，PNN50，LF/HF，Ratio，LFP，Mean NN這7個特征生理參數(shù)，構(gòu)建情緒判別方程Fuction1，F(xiàn)uction2；Z1、Z2，Z3[6]；（5）輕松的判別率為88.0%，快樂的為92.0%，恐懼的為80.0%，總體的判別正確率為86.7%，本研究的情緒判別函數(shù)達到較理想的情緒識別結(jié)果[6]。

在中國航天工程大學(xué)研究院在2021年針對多生理信號信息融合技術(shù)的問題研究中，以情緒模型為基礎(chǔ)，研究自主神經(jīng)系統(tǒng)生理信號的情緒識別，腦電信號的情緒識別和功能性近紅外光譜技術(shù)的情緒識別的研究中并通過與信息的融合進行整理以上3種情緒識別為主流，雖然應(yīng)用廣泛但目前停留于實驗室研究階段。

三、心理監(jiān)測設(shè)備的用戶分析

以走訪用戶和問卷調(diào)研的方式進行用戶調(diào)研。在對青少年家庭的走訪中，可以認識到智能心理監(jiān)測的功能對青少年身心發(fā)展有著巨大的幫助；在對家長和監(jiān)護人的訪問中，得知對此類產(chǎn)品問世的期待與期盼，期望可以及時了解到青少年在學(xué)習(xí)生活中所面臨的壓力，并出臺相關(guān)解決方案，起到關(guān)心，關(guān)愛青少年心理問題的重要作用，歲青少年心理健康發(fā)育發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[7]。

（一）用戶調(diào)研

由于產(chǎn)品特性，分為幾大使用者模塊，監(jiān)護人以及心理醫(yī)生多個使用群體。整合其中關(guān)系針對使用者特性并結(jié)合用戶旅程圖（略）與服務(wù)藍圖，并充分利用大數(shù)據(jù)資源調(diào)研成果，完成用戶研究。對于青少年、青少年監(jiān)護人以及心理醫(yī)生和其他相關(guān)從業(yè)者進行了數(shù)據(jù)調(diào)研。

（二）用戶分析

通過166份有效問卷并結(jié)合用戶訪談，對心理監(jiān)測設(shè)備用戶進行統(tǒng)計和分析，得出結(jié)論：

1.98%的被調(diào)查者對關(guān)注青少年心理監(jiān)測手表表示感興趣，希望其主要功能突出。20%的被調(diào)查者關(guān)于青少年對于身體健康，睡眠健康等功能的加入表示期待。69%的被調(diào)查者認同智能檢測手表的附加功能，應(yīng)符合青少年正常學(xué)習(xí)生活中的使用途徑，這部分更多為青少年監(jiān)護人以及心理醫(yī)生。

2.從產(chǎn)品的外觀調(diào)研中得知，85%的被調(diào)查者更希望擁有前衛(wèi)有科技感的外觀設(shè)計，其中高達70%的被調(diào)查者更希望有著曲面屏的前衛(wèi)設(shè)計。

3.在對顏色的調(diào)研報告中，有著83%青少年在產(chǎn)品顏色的喜好上選擇豐富的產(chǎn)品色彩，而80%監(jiān)護人與心理醫(yī)生人群的調(diào)研中較多選用低純度顏色，例如黑白與灰色系的選擇。掌握色彩和人們的生理和心理關(guān)系，遵循色彩設(shè)計的應(yīng)用法則，設(shè)計出極具創(chuàng)意、傳播效果理想的作品[8]。所以在監(jiān)護人及心理醫(yī)生手表模塊上的顏色上主色調(diào)為黑白配色，青少年的模塊為豐富配色（圖2）。

4.在材料的選擇上科技感與時尚感兼具，金屬與橡膠相結(jié)合在兼具科技感外觀的同時也提供了很好的防滑性。

通過本次調(diào)研顯示，使用者希望產(chǎn)品的多樣化得到體現(xiàn)，功能的更優(yōu)化，和全面的功能更受使用者的喜愛，青少年使用者更希望娛樂功能的加入，監(jiān)護人希望加入更多的不阻礙青少年學(xué)業(yè)的相關(guān)功能。純色系，與彩色系可以劃分使用者和監(jiān)護人的產(chǎn)品劃分，讓其分辨度更高，也更方便后臺收集數(shù)據(jù)。在造型上前衛(wèi)而具有高科技的全面屏設(shè)計更加歡迎。上述來自一線的調(diào)研數(shù)據(jù)，在后期的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)計上無疑有著重要的建設(shè)意義，為用戶心理地圖和人物畫像起到了重要的基礎(chǔ)作用。

四、基于情緒外化所進行心理檢測的概念產(chǎn)品設(shè)計實踐

（一）設(shè)計思路

根據(jù)5W2H分析提出基于情緒外化所進行心理檢測的概念產(chǎn)品的初步設(shè)計定位：

WHAT-是一款基于青少年情緒外化所進行的心理監(jiān)測的產(chǎn)品；目的在于解決青少年階段的心理問題，讓其擁有更健康的心理。

WHY-擁有較好的市場前景，現(xiàn)有階段沒有相似的產(chǎn)品設(shè)計。

WHO-青少年（心理健康）

WHEN-后疫情時代，青少年暫未形成呢人生觀，價值觀階段

WHERE-全天、心理健康、醫(yī)療、居家

HOW-醫(yī)療模塊、智能檢測模塊，多模塊的組合應(yīng)用

HOW MUCH-開拓全新的市場，根據(jù)前期的用戶使用情況再進行定價。

（二）設(shè)計流程

首先確立產(chǎn)品的用戶群體和人群，青少年心理監(jiān)測手表不單面對青少年這單一群體，監(jiān)護人與心理醫(yī)生也會佩戴其他終端產(chǎn)品與其相連。從市場調(diào)研和市場分析法入手，根據(jù)目前市場現(xiàn)有產(chǎn)品的現(xiàn)狀進行分析，分析產(chǎn)品的優(yōu)劣，與競爭核心手段是否具有較強的競爭力?，F(xiàn)階段的市場產(chǎn)品還未歸納完整體系與相關(guān)產(chǎn)品信息。根據(jù)前期的用戶調(diào)研與分析數(shù)據(jù)，做出用戶畫像得出用戶的喜愛與偏好。

首先是草圖繪制，通過對外形的揣摩畫出10幅以上的草圖設(shè)計，這些草圖對功能性的組件進行繪制。在整個產(chǎn)品設(shè)計流程中將信息交互，人機交互的理念深入研究，在歸納整合信息，集思廣益，發(fā)散思維進行產(chǎn)品3D建模，產(chǎn)品渲染，產(chǎn)品的服務(wù)藍圖，UI界面形成一套完善合理的設(shè)計方案。因為該款智能穿戴產(chǎn)品分為青少年款與監(jiān)護人款，所以在受用人群，功能設(shè)計等方面有著相當(dāng)?shù)奶厥庑?，所以在青少年喜愛的顏色與可以接受的營銷方案進行市場研究，整合歸納出用戶在使用過程中的痛點并加以升級，再從造型與功能分析相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展歷史，盡量滿足用戶的目標需求，做出好的設(shè)計產(chǎn)品。

（三）設(shè)計內(nèi)容

1.模塊化設(shè)計，心理監(jiān)測手表的交互載體我選取了青少年最喜愛，富有科技感創(chuàng)新的外觀，充分考慮到這款監(jiān)測手表是否可以被青少年所接受，在主打功能心理健康監(jiān)測的同時也兼?zhèn)浜唵蔚膴蕵饭δ埽屒嗌倌暝谑褂眠^程中更加容易上手，再從心理的角度出發(fā)，也能給青少年帶來更多的驚喜感與好奇。如圖1所示為產(chǎn)品外觀模型，將美觀與功能相結(jié)合，減少產(chǎn)品直觀的復(fù)雜感，簡約流暢的弧線，與全面的屏幕帶來更多的科技感與圓滑的流線型，減少棱角的尖銳感，增強親和感（圖1）。同時考慮到多位使用者同時使用場景，采用模塊化設(shè)計產(chǎn)品分為：產(chǎn)品的使用者模塊（配色圖2），監(jiān)護人模塊，后臺模塊，醫(yī)生模塊。

2.交互界面，在有不同模塊的同時，也有相關(guān)的AppUI設(shè)計作為輔助讓使用者更加清楚地看到心理變化趨勢和提供相應(yīng)的問題解決方案。如圖所示為個人檔案界面（圖3-1）：做好佩戴者的相關(guān)數(shù)據(jù)收集與整合，健康報告（圖3-2）可根據(jù)年、月、日來提供不同階段的心理變化與心理問題總覽，一目了然。在這個環(huán)節(jié)可以得到相關(guān)的解決策略（圖3-3）；有為使用者提供的線上心理一對一輔導(dǎo)（圖4-1），也有為監(jiān)護人提供的相關(guān)書籍，影音資料等（圖4-2、圖4-3）[9]，可以更加全面地了解青少年在不同階段的相關(guān)心理問題。

3.交互多功能的實現(xiàn)，通過佩戴者（青少年）的日常數(shù)據(jù)收集，在信息收集完后向監(jiān)護人推薦解決辦法，來更好地給監(jiān)護人建議，后臺也會在每周每月每年的各個節(jié)點出臺相應(yīng)的心理健康報告來輔助完善，從而更方便、全面地觀察青少年的心理變化趨勢。監(jiān)測手環(huán)與手機相連做到實時反饋信息，手環(huán)上的可移動紐扣可以別到衣服上，貼近皮膚處已起到檢測心情波動等功能，同頻上傳到后臺，讓使用者，家長和醫(yī)生可以第一時間得到通知。并做好后續(xù)的數(shù)據(jù)收集以及上傳平臺，可以讓使用者更了解自己的心理健康問題，隨時可以查看之前的數(shù)據(jù)以及應(yīng)該做出的調(diào)整，同時每星期，每月，每年都會出個人心理報告，來讓使用者觀察心理健康歷程。如果青少年心理出現(xiàn)健康問題，會有心理醫(yī)生出臺相關(guān)解決問題（心理疏導(dǎo)，心理醫(yī)生線上指導(dǎo)，推薦視頻，解壓音樂，解壓小游戲）推薦給孩子家長，來應(yīng)對青少年的心理成長時所出現(xiàn)的相對應(yīng)問題。

4.在技術(shù)實現(xiàn)方面，利用面部表情與生理信號雙收集的方式：第一，建立面部表情情緒識別庫輸入若干原模型作為AI算法學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，將面部劃分成不同的區(qū)域形成單元來識別情緒，再通過收集而來的信息不斷完善信息數(shù)據(jù)庫從而迭代升級。第二，運用BIA（生物電阻抗分析傳感器），PPG（光電容積脈搏描計法），ECG（心電圖）多種監(jiān)測與身體健康數(shù)據(jù)（心率，脈搏，生物電反饋，血氧含量，血壓）算法相結(jié)合。測出情緒變化時身體數(shù)據(jù)的變化，找到個人身體情緒的變化規(guī)律，這種變化規(guī)律是很難改變的，從而更加準確地捕捉到情緒的變化規(guī)律，從而進行判斷。再以生理信號為主，輔助面部表情數(shù)據(jù)庫可以更加精準分析用戶的情緒變化，從而作出準確的判斷與預(yù)防青少年心理疾病的形成。

結(jié)論

面對青少年心理問題及其相關(guān)的解決方法，本篇論文給出了全新的解決方案，通過產(chǎn)品的介入，來輔助家長，面對青少年的心理發(fā)展階段從而起到更多的幫助。青少年的心理健康關(guān)乎著青少年是否可以在人生最重要的時刻形成正確的人生觀，價值觀，是否可以健康茁壯地發(fā)展。青少年的健康也關(guān)乎一個國家和民族的未來，這是一個不可忽視的大問題。通過多模塊，多手段的運用，對青少年在身體發(fā)育階段所面對的不同問題提出意見，最終達到陪伴青少年茁壯成長的目的，是可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)新的好設(shè)計。

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