鄧海靜

摘 要：隨著人機交互技術的發(fā)展，智能穿戴設備已經從概念化走向商業(yè)化，設備形態(tài)和涉及的領域也呈現(xiàn)多樣化，如何高效、合理的開發(fā)產品成為亟待解決的問題。本文首先從智能穿戴設備、專業(yè)設計公司設計程序和人機交互技術的概念入手進行分析； 然后對智能穿戴設備的人機交互技術現(xiàn)狀進行詳細的說明； 之后以VR眼鏡為例，運用專業(yè)設計公司設計程序，結合相關人機交互技術進行設計研究與實踐。可以有效提升智能穿戴設備的設計效率和設計水平，讓設計過程更為科學化。

關鍵詞：設計程序；人機交互；智能穿戴；設計；VR眼鏡

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）08-0081-05

Abstract：With the development of human-computer interaction technology， intelligent wearing equipment has been from conceptualization to commercialization， equipment form and the areas involved are also diversified， efficient and reasonable development of products become an urgent problem to be solved. This paper starts from the concept of intelligent wear equipment， professional design company design program and human-computer interaction technology； Then elaborates the present situation of human-computer interaction technology of intelligent wearing equipment； Take VR glasses for example to carry out design research and practiceuse use professional design company design procedures and the relevant human-computer interaction technology.This can effectively enhance the intelligent wear equipment design efficiency and design level， so as to make the design process more scientific.

Key Words：design program； human-computer interaction； intelligent wear； design； VR glasses

智能穿戴設備，從計算機和電子技術概念方向上被理解為直接穿在身上，或是整合到用戶的服飾和配飾中，能舒適地佩戴于人體上的電子技術和計算機。從可穿戴概念上理解為是人體能力和設備內置能力的配合實現(xiàn)，是“以人為本，人機合一”的理念的產物[1]?？纱┐髟O備不僅僅是一種硬件設備，更是通過軟件支持以及數據交互、云端交互來實現(xiàn)強大功能的終端，可穿戴設備的設計已不只是對產品實物的設計，對其應用與服務的設計成了最終將其推向市場的更為重要的部分[2]。相應的，在技術研究上，從實驗室走向終端用戶的進程給交互設計在智能穿戴設備中的發(fā)展提供了機會[3]。

設計程序是有目的的實施設計計劃的行為次序，是一個具體的設計從開始到結束的各個階段有序的工作步驟。設計程序分為專業(yè)設計公司設計程序和企業(yè)設計程序兩種，專業(yè)設計公司通常不提供生產加工服務，而是通過接單的方式，為客戶提供設計服務[4]。專業(yè)設計公司的一般設計程序包括項目導入、設計調查、創(chuàng)意設計、結構設計、模具設計五個部分，不同的設計機構在程序內容上會有一定的調整，本文綜合了德國FROG DESIGN、美國IDEO、日本技奧設計公司的設計程序結合研究對象特點將設計程序設置為：設計調查（用戶調查和產品與市場調查）、設計定位、創(chuàng)意設計、交互設計技術、結構設計五個部分。

人機交互技術（Human-Computer Interaction Techniques）是指通過計算機輸入、輸出設備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術，也指通過電極將神經信號與電子信號互相聯(lián)系，達到人腦與電腦互相溝通的技術[5]。人機交互系統(tǒng)通常包括產品通過輸出或顯示設備給人提供大量信息及提示，以及人通過輸入設備向產品輸入有關信息，問題回答等[6]。

1智能穿戴設備的人機交互技術現(xiàn)狀

當下主流的人機交互技術主要有骨傳導交互技術、眼動跟蹤交互技術、AR/MR交互技術、語音交互技術、體感交互技術、觸覺交互技術和腦波交互技術。

骨傳導交互技術主要是一種針對于聲音的交互技術，將聲音信號通過振動顱骨，不通過外耳和中耳而直接傳輸到內耳的一種技術。目前在智能眼鏡、智能耳機等方面，骨傳導技術是比較普遍的交互技術，其中谷歌眼鏡即是采用聲音骨傳導技術來構建設備與使用者之間的聲音交互。眼動跟蹤技術是當代心理學研究的重要技術，在實驗心理學、應用心理學等領域有比較廣泛的應用，目前該技術被廣泛應用于VR眼鏡設備的人機交互中。增強現(xiàn)實（AR），是指在真實環(huán)境之上提供信息性和娛樂性的覆蓋，是虛擬環(huán)境和真實環(huán)境的結合。AR/MR技術可以為可穿戴設備提供新的應用方式，主要是在人機之間構建了一種新的虛擬屏幕，并借助于虛擬屏幕實現(xiàn)場景的交互，這是目前智能眼鏡、沉浸式設備、體感游戲等方面應用比較廣泛的交互技術。語音交互是可穿戴設備時代人機交互之間最直接，也是當前應用最廣泛的交互技術之一，語音交互技術的應用分為兩個發(fā)展方向：一個方向是大詞匯量連續(xù)語音識別系統(tǒng)，主要應用于計算機的聽寫機；另一個重要的發(fā)展方向是小型化、便攜式語音產品的應用，如無線手機上的撥號、智能玩具等。體感交互技術是指利用計算機圖形學等技術識別人的肢體語言，并轉化為計算機可理解的操作命令來操作設備，其中尤其以手勢交互最具代表性，隨著各項技術的成熟和傳感器的發(fā)展，手勢識別已經進入可用性階段，各類產品和解決方案也開始涌現(xiàn)。觸覺交互是目前可穿戴設備產業(yè)中比較新的人機交互技術，其領域包括手術模擬訓練、娛樂、機器人遙控操作、產品設計、工業(yè)設計等，觸覺交互目前在沉浸式智能產品中有了一定的應用探索，將會是未來人類在虛擬現(xiàn)實中“真實”的感知外界的一種關鍵交互技術。腦波交互技術目前已經有了一定的探索，但還沒有得到比較廣泛的應用，腦波交互技術不僅構建了人與設備之間，同時也是構建人與人之間的一種新的溝通方式，將會是可穿戴設備產業(yè)的終極交互方式。

2基于專業(yè)設計公司設計程序和人機交互技術的智能穿戴設備設計實踐——以VR眼鏡為例

日新月異的交互技術無疑帶來了智能穿戴設備的不斷迭代和發(fā)展，對新產品的開發(fā)周期提出了一定的挑戰(zhàn)。為了提高產品的開發(fā)效率，同時讓產品的設計更有針對性，這里基于專業(yè)設計公司設計程序和現(xiàn)有人機交互技術設計了一款新型VR眼鏡，以期能為現(xiàn)代智能穿戴設備的設計提出一定的思路。

2.1 用戶調查

設計調查是所有專業(yè)設計公司進行設計時至關重要的一步，一般而言，產品設計調查分為用戶調查和產品與市場調查兩種不同方法。本研究中，VR眼鏡用戶調查被看作VR眼鏡設計調查的重要任務，其目的是發(fā)現(xiàn)VR眼鏡的用戶人群、用戶需求、價值觀念、生活方式、習慣等方面的特征，挖掘和獲取用戶的行動心理和操作使用信息，為VR眼鏡的設計提供有用的信息。

用戶調查的方法主要有問卷法、訪談法、觀察法、用戶角色構建法[4]，這些方法可以單獨使用，也可以結合使用。本文使用訪談法、觀察法、用戶角色構建法三種調查方法結合的方式對VR眼鏡用戶開展調查。首先筆者按照對訪談過程的控制程度采用了非結構式訪談的方式（自由式訪談方式）以特定主題對被訪者進行彈性訪談，根據深度訪談和焦點小組訪談的特點進行分階段訪談，訪談特點如表1所示。

筆者首先通過對使用VR眼鏡的用戶進行深入訪問，以揭示其對不同品牌VR眼鏡特定問題的看法，然后以焦點小組的形式對特定產品進行討論交談，獲取對特定產品有關問題的深入了解，并通過對用戶需求的分析和歸納，得到VR眼鏡用戶需求表達，如表2所示。

觀察法是用自己的感官和輔助工具去直接觀察被研究對象，從而獲得研究資料。按照觀察者是否參與被觀察對象的活動，觀察法可分為參與式觀察與非參與式觀察?；赩R眼鏡產品使用特性，本文采用的是非參與式觀察，如圖1所示，筆者通過觀測用戶的學習過程、操作過程、出錯情況以及非正常情況的操作等來研究VR眼鏡的功能特性和結構特性。

用戶角色構建法是基于對真實用戶群體的廣泛深入研究后，抽象出虛擬的綜合原型，用以描述用戶群體的目標、行為和觀點特征的方法。用戶角色構建一般包含個人基本信息、家庭、工作、生活環(huán)境描述，與產品使用相關的具體情境描述等。本文根據產品開發(fā)特點，構建的用戶角色如表3所示。

2.2 產品與市場調查

產品與市場調查主要關注流通過程中的“產品——商品”環(huán)節(jié)，獲取有關產品生命周期、市場細分特征、各品牌產品特征和發(fā)展趨勢等相關信息。產品與市場調研方法主要有生命周期調查法、市場細分法、品牌調查法等。本文主要使用品牌調查法和市場細分法進行調查。

首先根據消費者的購買行為和購買習慣等方面的差異，本文將VR眼鏡的使用消費群進行細分，如表4所示。

然后通過產品品牌調查法對市場上產品進行調查，得出不同品牌VR眼鏡的品牌特點，本文以三款熱銷產品為例進行說明，如表5所示。

2.3 設計定位

設計定位是在前期用戶調查和產品與市場調查資料的基礎上總結得出的設計方向，通過前期對VR眼鏡用戶和VR產品和市場的調研結果，分析提煉出本產品的設計定位，如圖2所示。設計定位即是對前期設計調查的歸納和總結，也是對后期產品開發(fā)和設計指導的最核心要素。

2.4創(chuàng)意設計

創(chuàng)意設計是以設計定位為依托開展的一些列思考和設計實踐，本文從整體構思和細節(jié)構思兩個方向開展創(chuàng)意設計，鑒于篇幅，文中只列舉了一小部分內容。

2.4.1整體構思方向

能否有新的形式，如隱藏式、懸浮式、透明式等。

摘下VR眼鏡后，會有眩暈感和頭部不適，希望可以改善這個問題。

能否方便年紀大的人進行簡易操作？

強調溝通與互動功能，而非只用于娛樂。

2.4.2細節(jié)構思方向

控制按鈕：可否使用聲控？可否是感應的？是否可以利用太陽能供電？

視力調節(jié)：可否調整視力，如近視、遠視、弱視、老花眼。

固定方式：方便固定且不易脫落的情況下是否可以隱藏固定帶？固定材質的選擇是否有更為舒適、合理的材料？PU、海綿、硅膠、蛋白質材料等用于機身的優(yōu)缺點有什么？

交互技術：哪些交互技術可靠性更高，體驗更好？

CMF：產品的色彩、材質、肌理有無創(chuàng)新的使用方式，從而能體現(xiàn)出新產品的時尚性和品牌DNA特征。

2.5交互設計技術

人機交互技術的使用是本設計的重點，合理的人機交互技術將極大提高產品的外在競爭力，基于前文中對人機交互技術的分析，本設計的人機交互技術要實現(xiàn)以下幾個目標：

2.5.1設計專屬交互體驗

伴隨著新技術的出現(xiàn)，應突破以往VR眼鏡體驗的設計思路限制，充分利用先進技術的創(chuàng)新優(yōu)勢為VR眼鏡設計獨一無二的使用體驗。特別是在手勢交互特性上，應符合人的自然行為習慣，對一些功能采用啟示性設計[7]，進行一定的引導，從而達到有趣的交互效果。

2.5.2情境設計

VR眼鏡作為可穿戴式智能設備，其使用場景豐富且復雜，其情境設計應充分考慮設備的交互技術能否具備良好的容錯性[8]，不會因為當前用戶的半專注狀態(tài)和易被打擾的狀態(tài)引起誤操作。

2.5.3簡化操作負荷

VR眼鏡的設計應多使用傳感器、腦波、體感等技術與信息錄入關聯(lián)，減少用戶的手動輸入，避免用戶復雜的操作負荷，例如運用語音輸入和RFID/NFC 技術代替手動操作信息的雙向傳達，運用簡單的肢體運動代替一些復雜功能的實現(xiàn)。

2.5.4簡化認知負荷

由于VR眼鏡的尺寸限制，在使用情境中不便通過傳統(tǒng)觸控方式實現(xiàn)對信息的輸入，需要使用光纖傳感器、距離傳感器等硬件交互傳感器技術來簡化操作形式，另外在軟件交互方面，需要對層級架構進行規(guī)劃，讓信息言簡意賅，只顯示必要的內容[9]。這些硬件和軟件交互技術帶來的豐富的交互形式，促進了VR眼鏡的發(fā)展，多種交互方式的組合，也會給操作用戶帶來更多的可能和更私人更專屬的操作體驗。

2.6結構設計

經過前期的創(chuàng)意構思和交互技術選擇，該設計可進入結構設計和造型設計階段了。如圖3和圖4所示，該VR眼鏡本體包括眼罩（眼鏡本體）、兩耳罩、以及連接兩耳罩的支架，支架作為第一頭帶，加強了VR眼鏡穿戴的穩(wěn)定性和舒適性[10]，防止了VR眼鏡從用戶頭部脫落的情況發(fā)生，耳罩同時也起到輔助固定作用。眼罩內側設有提高佩戴舒適性的海綿面罩，保證了用戶穿戴VR眼鏡的舒適性和避光性。眼罩包括鏡架和設置在鏡架上的屏幕、透鏡、保護殼，眼罩底部設有視力調節(jié)器，用戶可以通過該調節(jié)器進行調節(jié)，減少了佩戴眼鏡帶來的疲勞感。耳罩一側設有觸摸式操作器，操作簡單。眼罩設置為旋轉收納式，收納后的VR眼鏡更為小巧，方便攜帶。另外，可選配高清外置攝像頭，增強互動交流的真實性。

然后結合人機工程學相關尺寸數據對VR眼鏡的外觀結構進行研究和分析，確定各項結構參考數據，如圖5所示：

2.6.1眼罩尺寸

眼罩尺寸參考成人鼻上寬數值、眼寬數值和臉寬數值進行綜合測算，眼罩寬度以小于250mm較為合適，高度以小于150mm較為適合，本設計的眼罩寬度為240mm，高度為100mm。

2.6.2鏡片尺寸

鏡片尺寸參考成人眼寬及瞳距數值進行綜合測算，單鏡片尺寸在 50mm*50mm 內較為符合人機工程學及視覺效果，基于此外觀尺寸數據與眼罩尺寸進行結合設計，可以有效控制產品的整體外觀尺寸，本設計的鏡片尺寸為150mm*50mm。

2.6.3固定支架尺寸

固定支架尺寸參考成年人頭圍數據進行測算，同時結合市面上現(xiàn)有VR眼鏡產品的調研數據，確定固定支架的寬度以不小于40mm較為合適，厚度在附加海綿和硅膠材質后，以30mm 內的尺寸較為合適且易實現(xiàn)，本設計的寬度為46mm，厚度30mm?；谟脩纛^部高度的不同，支架長度需求跨度大，故固定支架的長度應具備可調節(jié)性，調節(jié)直線距離在50mm范圍內，本設計調節(jié)距離為20～40mm。

2.6.4耳罩尺寸

耳罩尺寸參考成年人耳廓數據進行測算，同時結合市面上現(xiàn)有的耳麥產品數據，確定圓形耳罩的外直徑以不小于90mm較為合適，內直徑以不小于60mm較為合適，耳罩厚度以不小于60mm較為合適，本設計的外直徑數據為110mm，內直徑為65mm，厚度為80mm。

3 結語

本文提出了基于專業(yè)設計公司設計程序和人機交互技術的智能穿戴設備的設計流程，根據項目設計特點，通過采用五步式設計程序有效解決了設計中的難點，讓產品設計過程變得更清晰、條理，幫助設計人員提升了產品的開發(fā)效率。本文對于設計調研、交互設計分析與結構設計進行了比較深入研究和實踐，取得了一定的研究成果，對同類產品的開發(fā)具有一定的指導意義。但是本研究也存在一定的局限性，鑒于篇幅，很多內容沒有展開進一步的論述，比如設計定位后期對于設計創(chuàng)意的剖析不夠徹底和深入，對于后續(xù)結構和功能設計的引導性不強。本研究還有繼續(xù)改進的空間，文中存在的問題和缺點將在后續(xù)研究過程進一步深化和推敲，力求取得更科學、合理的研究成果。

本文系東莞職業(yè)技術學院院級科研項目（2016a10）。

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