王子凱 李拜天

摘? 要：三維觸控交互是在多點(diǎn)觸控交互技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新型交互技術(shù)方法。根據(jù)三維觸控技術(shù)的交互特點(diǎn)，試圖探究三維觸控交互對(duì)多點(diǎn)觸摸交互帶來(lái)的益處以及交互中的應(yīng)用前景。結(jié)合已經(jīng)應(yīng)用在APP中的三維觸控交互方式，進(jìn)行三維觸控交互設(shè)計(jì)的分析和框架建構(gòu)。三維觸控交互設(shè)計(jì)應(yīng)該以簡(jiǎn)化用戶操作流程以及模擬現(xiàn)實(shí)交互方式為原則，從而可以為用戶帶來(lái)更便捷快速的交互體驗(yàn)，同時(shí)以積極的交互反饋方式讓用戶真正達(dá)到直覺(jué)交互的目的。

關(guān)鍵詞：三維觸控;多點(diǎn)觸摸;交互設(shè)計(jì); 移動(dòng)設(shè)備;人本性

多點(diǎn)觸控交互技術(shù)已經(jīng)誕生了許多年，但這種交互技術(shù)是建立在二維觸控屏基礎(chǔ)上的。在引入了多點(diǎn)觸控交互技術(shù)后，人們的交互方式在一定程度上得到了改善，但在某種程度上產(chǎn)生了一些問(wèn)題。如必須一直注視著屏幕，多點(diǎn)觸控屏并沒(méi)有傳統(tǒng)的按鍵鍵盤給手指以回饋，造成一定程度的誤操作，因此反而會(huì)降低用戶體驗(yàn)感。近期，一些廠商開發(fā)出可以感應(yīng)手指壓感的觸控技術(shù)，在原有二維觸控交互的基礎(chǔ)上通過(guò)增加一個(gè)維度提高觸控屏交互的可用性。

一、三維觸控交互概述

（一）三維觸控交互的概念

三維觸控交互是在多點(diǎn)觸控交互技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的新型交互技術(shù)方法。它通過(guò)集成在觸控屏下的傳感器感知不同的壓感力度，同時(shí)結(jié)合多點(diǎn)觸控給用戶帶來(lái)新的交互體驗(yàn)。目前的三維觸控交互技術(shù)應(yīng)用的范圍主要是在移動(dòng)設(shè)備的多點(diǎn)觸摸屏上。

（二）三維觸控交互的特點(diǎn)

當(dāng)前在移動(dòng)設(shè)備上的三維觸控應(yīng)用主要是為多點(diǎn)觸摸屏操作增加了一個(gè)控制維度。類似于桌面系統(tǒng)中的鼠標(biāo)右鍵功能，用戶能夠通過(guò)手指壓按就實(shí)現(xiàn)多層內(nèi)容的暫時(shí)顯示。提高了多點(diǎn)觸控的操作效率。雖然一般看來(lái)可能會(huì)被簡(jiǎn)單理解為鼠標(biāo)右鍵功能，但是它能夠與二維觸摸屏手勢(shì)相配合，形成多種交互操控。與常規(guī)二維多點(diǎn)觸摸交互不同的是，在用戶對(duì)屏幕的壓按觸發(fā)了三維觸控交互時(shí)，設(shè)備上集成的振動(dòng)組件會(huì)給用戶合適的振動(dòng)反饋。這樣的反饋彌補(bǔ)了二維觸控操作時(shí)用戶無(wú)法及時(shí)判定操作是否成功的缺點(diǎn)。

二、三維觸控技術(shù)

（一）三維觸控技術(shù)

三維觸控技術(shù)由蘋果公司于2014年提出，并應(yīng)用在Apple watch以及MacBook上。當(dāng)時(shí)蘋果公司把這一技術(shù)稱作force touch。通過(guò)force touch，設(shè)備可以感知輕壓以及重壓的力度，并調(diào)出不同的對(duì)應(yīng)功能。同時(shí)對(duì)其重壓的操作進(jìn)行反饋。

Apple watch由于體積小，可以交互的界面空間很有限。所以在交互時(shí)需要對(duì)現(xiàn)有的交互界面進(jìn)行擴(kuò)展。對(duì)按壓力度的感應(yīng)和反饋是操作多點(diǎn)觸摸屏?xí)r最直接的擴(kuò)展。多點(diǎn)觸摸屏技術(shù)在誕生時(shí)就存在無(wú)法通過(guò)手指反饋用戶操作的問(wèn)題，只是由于多點(diǎn)觸摸屏給用戶帶來(lái)的好處遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)物理按鍵，這個(gè)問(wèn)題才沒(méi)有成為改進(jìn)的重點(diǎn)。

MacBook搭載的觸控板已經(jīng)使用了多年，從早期配合物理按鍵的觸控板到整塊的多點(diǎn)觸控板，MacBook不僅在厚度尺寸控制上有了巨大進(jìn)步，在筆記本電腦的人機(jī)交互上也得到了長(zhǎng)足進(jìn)步。最新版本的MacBook以及MacBook pro搭載的force touch觸控板無(wú)論用戶點(diǎn)按觸控板表面的哪個(gè)位置，都能得到靈敏且效果一致的點(diǎn)擊響應(yīng)。而且在操作觸控板的時(shí)候，用戶還會(huì)感受到其發(fā)出的觸覺(jué)振動(dòng)，在屏幕上看到的內(nèi)容還可以通過(guò)觸覺(jué)感知。

2015年推出的iPhone 6s中，蘋果公司稱為新一代多點(diǎn)觸控技術(shù)的3D touch，則是三維觸控技術(shù)的正式全面應(yīng)用。3D touch支持更復(fù)雜的壓按感應(yīng)，它由集成在觸摸屏下的壓力感應(yīng)器與振動(dòng)組件構(gòu)成（如圖1）。壓力傳感器會(huì)測(cè)量表層玻璃與背光源之間微小的距離變化，測(cè)量出的結(jié)果與觸動(dòng)傳感器和加速度傳感器信號(hào)相結(jié)合，最終將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為捕捉壓按屏幕的不同力度傳給iPhone。同時(shí)，配合taptic引擎 ，iPhone能夠?qū)⒏蛹?xì)微的振動(dòng)反饋回饋給用戶，讓用戶能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)自己的壓力操控進(jìn)行反饋認(rèn)知。從而達(dá)到更加自然高效的交互目標(biāo)。三維觸控交互從技術(shù)上說(shuō)，不僅僅是集成了幾個(gè)傳感器這么簡(jiǎn)單，而是運(yùn)用軟件與硬件的整合機(jī)制創(chuàng)造了新的交互體驗(yàn)。因?yàn)樵趯?duì)用戶壓按屏幕的識(shí)別過(guò)程中，軟件系統(tǒng)必須過(guò)濾掉一些非主動(dòng)操作產(chǎn)生的屏幕壓按數(shù)據(jù)。推出這個(gè)交互的可能其實(shí)并非想象中那么簡(jiǎn)單。

當(dāng)前，華為、中興、微軟等公司也研發(fā)了類似的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)基本的壓力感應(yīng)。

（二）三維觸控技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前三維觸控技術(shù)主要是由iPhone的各項(xiàng)應(yīng)用為大家所關(guān)注。在iPhone上的主要應(yīng)用有以下幾種：

1.快捷操作

用戶在屏幕上用力按一個(gè)圖標(biāo)會(huì)彈出一層半透明菜單，里面包含了該應(yīng)用下的一些快捷操作，在郵件列表上用力按可以快速?gòu)楅_窗口查看郵件。在郵件列表當(dāng)中，用力按郵件列表里的一條郵件就會(huì)顯示完整郵件內(nèi)容，松手就會(huì)關(guān)掉，而無(wú)需再使用左右滑動(dòng)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)打開和關(guān)閉操作（如圖2）。

除此之外，在蘋果公司出品的APP以及用戶使用度非常高的APP中，壓按都能夠結(jié)合快捷方式方便用戶的操作，為用戶越過(guò)部分層級(jí)界面創(chuàng)造了一個(gè)橋梁。比如：輕按電話的圖標(biāo)就可以查看最近聯(lián)系人;按壓相機(jī)桌面圖標(biāo)就可以彈出下拉菜單直接選擇快速自拍;按壓圖片庫(kù)可以快速瀏覽大圖;輕輕壓按彈出窗口預(yù)覽郵件內(nèi)容，增加拇指壓力時(shí)則可以全屏;在日程安排中輕輕用力按航班信息即可彈出窗口顯示航班信息。按住地圖圖標(biāo)即可彈出一些快速選項(xiàng)，Instagram中可以直接進(jìn)入自己的時(shí)間流或者友鄰動(dòng)態(tài)，在相機(jī)中可以通過(guò)輕按相機(jī)預(yù)覽拍的照片。加入這些快捷操作后，三維觸控大幅度提升了手機(jī)操作的效率。而且在iOS9中可以快速通過(guò)邊緣輕按調(diào)出后臺(tái)，這不僅僅提高了交互的效率，還為蘋果一直以來(lái)被人們聚焦的HOME鍵減輕了不少壓力，用戶再也不必一直擔(dān)心HOME鍵會(huì)勞損失效了。重要的一點(diǎn)是，被蘋果命名為Peek和Pop手勢(shì)被激活后，iPhone都會(huì)相應(yīng)地給用戶一個(gè)震動(dòng)提示。這兩個(gè)手勢(shì)的操作反饋?lái)憫?yīng)時(shí)間可迅捷到10ms和15ms。

2.喚醒隱藏功能

在提升了相機(jī)的像素之后，iPhone還將相機(jī)與3D-Touch技術(shù)結(jié)合，在相機(jī)中增加拍攝動(dòng)態(tài)圖片的功能選項(xiàng)，查看時(shí)只需要用一定力道向圖片按下去，圖片就會(huì)動(dòng)起來(lái)（如圖3）。

3.增加操作的變化

在iOS9更新的備忘錄中，用戶可以利用3D touch在記事本中根據(jù)自己的需要繪制帶有輕重筆畫的內(nèi)容。這樣就大大增加了備忘錄的手寫記錄功能應(yīng)用的深度。用戶可以更自然地操作畫筆，就像在現(xiàn)實(shí)生活中一樣。

三、三維觸控交互設(shè)計(jì)原則探討

（一）三維觸控為移動(dòng)設(shè)備交互帶來(lái)的好處

1.快捷的頁(yè)面層級(jí)切換和自然操作

蘋果第一代iPhone的電容觸摸屏改變了手機(jī)等小尺寸電子設(shè)備的交互形式，人們不再需要手寫筆來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)點(diǎn)觸，而是更符合人體工學(xué)的滑動(dòng)、點(diǎn)擊式觸摸，這顯然是一種進(jìn)步。而隨著時(shí)間的推移，移動(dòng)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，由于移動(dòng)設(shè)備屏幕尺寸有限，大部分的應(yīng)用程序界面都是獨(dú)占式的，這就給用戶使用多層次界面帶來(lái)的困難。用戶不得不在各種界面中切換，而且這種切換經(jīng)常無(wú)法確認(rèn)當(dāng)前頁(yè)面在整個(gè)界面中的層次。

3D Touch觸摸屏的出現(xiàn)，在很大程度上簡(jiǎn)化了滑動(dòng)翻頁(yè)的操作。通過(guò)加大按壓力度，在iPhone 6s上可以輕松地開啟二級(jí)菜單，松開后則無(wú)縫切換到此前的界面，這顯然是更加人性化、更加方便的。蘋果會(huì)在iOS 10、iOS 11上將3D Touch更好地融入到系統(tǒng)中，并且第三方軟件廠商也會(huì)逐漸利用這個(gè)特性，從而提升整個(gè)iOS生態(tài)系統(tǒng)的操作體驗(yàn)。

2.直覺(jué)交互建立現(xiàn)實(shí)與虛擬的橋梁

在引入3D touch后，使蘋果出品的一些應(yīng)用軟件煥發(fā)了新的活力。如備忘錄中的速繪記事本中的壓力畫筆，還有GarageBand中的壓力感應(yīng)鋼琴。這些軟件通過(guò)三維觸控提升的功能不需要用戶進(jìn)行任何學(xué)習(xí)過(guò)程，用戶只需要按現(xiàn)實(shí)生活中的操作方法，就可以得到接近現(xiàn)實(shí)生活的操作反饋。將人機(jī)交互與現(xiàn)實(shí)生活中的交互無(wú)縫連接，必然是交互設(shè)計(jì)的最高追求目標(biāo)。

（二）三維多點(diǎn)觸控交互設(shè)計(jì)需要考慮的問(wèn)題

在引入三維觸控交互后，交互設(shè)計(jì)需要考慮以下幾個(gè)方面：簡(jiǎn)化多點(diǎn)觸控的操作流程;以不同的反饋帶給用戶即時(shí)高效的體驗(yàn)。

由于目前的三維觸控仍然是基于多點(diǎn)觸控屏，它帶來(lái)的z軸縱深的交互只停留在對(duì)壓力的感應(yīng)上，并不能夠完成像X軸和Y軸平面多點(diǎn)觸摸那樣進(jìn)行廣度的交互設(shè)計(jì)創(chuàng)造。所以三維觸控的設(shè)計(jì)應(yīng)與其他交互方式相配合的設(shè)計(jì)方法，用于提高其他交互設(shè)計(jì)便利性、提升效率。

（三）三維觸控交互設(shè)計(jì)原則探討

三維觸控交互將多點(diǎn)觸摸交互帶入了三維時(shí)代。但是這只是一個(gè)開始，真正想要利用三維觸控幫助人們提高多點(diǎn)觸摸用戶體驗(yàn)，仍需要靠廣大APP交互設(shè)計(jì)師及開發(fā)人員繼續(xù)深度挖掘它的潛力。三維觸控的交互設(shè)計(jì)應(yīng)該向以下幾個(gè)方面發(fā)展：

1.擴(kuò)展二維觸控的功能，達(dá)到簡(jiǎn)化操作流程的目的

三維觸控主要是為了解決多點(diǎn)觸摸交互時(shí)產(chǎn)生的幾個(gè)問(wèn)題以及避免二維觸摸手勢(shì)的局限。

在二維多點(diǎn)觸控交互設(shè)計(jì)中，主要是拓展了用戶在平面上的維度，使得很多平面形象化的手勢(shì)得以運(yùn)用在交互設(shè)計(jì)中。而三維觸控則又把這些交互方式的組合拓展到三維中，使得這些交互方式的組合以幾何數(shù)字增長(zhǎng)了，這才是三維觸控交互的重點(diǎn)。

由于可以運(yùn)用的可能性大大增加了，交互設(shè)計(jì)的方向就需要以用戶為中心來(lái)考慮三維觸控的交互應(yīng)用。當(dāng)前大部分運(yùn)用三維觸控的方式是隱藏式的，所以三維觸控在學(xué)習(xí)成本上有所提高。當(dāng)人們最初接觸這種交互方式的時(shí)候，并不一定能夠很好地利用直覺(jué)來(lái)觸發(fā)三維觸控的操作。目前為止，三維觸控只是以輔助多點(diǎn)觸摸的各種手勢(shì)以及操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。等到三維觸控操作在一大部分用戶心中形成習(xí)慣之后，三維觸控才能進(jìn)一步完成更多的任務(wù)，讓人們真正實(shí)現(xiàn)直覺(jué)交互，最大程度提高交互效率和體驗(yàn)。

2.模擬現(xiàn)實(shí)行為交互設(shè)計(jì)的原則

三維觸控交互的另一個(gè)方向是模擬現(xiàn)實(shí)行為。在目前已經(jīng)有所應(yīng)用，比如鋼琴軟件，可以利用三維觸控的壓力感應(yīng)捕捉用戶點(diǎn)按鋼琴的輕重，從而在音調(diào)和音量上給予反饋。這樣就最大限度地模擬了人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)中彈奏鋼琴的情景，給用戶帶來(lái)全新的體驗(yàn)。還有繪圖軟件也是這樣，捕捉用戶壓按屏幕的力度，就能夠操作虛擬畫筆進(jìn)行繪圖筆畫的輕重力度的控制。

這種應(yīng)用還能夠直接運(yùn)用在游戲中，比如當(dāng)前比較熱門的競(jìng)速類游戲，對(duì)于賽車油門和剎車的控制——從電腦游戲開始就存在的弊端，應(yīng)用三維觸控的壓力感應(yīng)就可以完美解決。今后玩家只需要像現(xiàn)實(shí)中對(duì)油門和剎車的輕重控制就可以很好地操控競(jìng)速類游戲，達(dá)到游戲操作和現(xiàn)實(shí)中操控一樣的體驗(yàn)。

3.考慮特殊群體的交互設(shè)計(jì)應(yīng)用

由于智能移動(dòng)終端的表現(xiàn)及功能的多樣性，不僅僅在個(gè)人娛樂(lè)、個(gè)人計(jì)算的領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，在醫(yī)療領(lǐng)域及康復(fù)領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用空間。使用智能移動(dòng)終端的多媒體表現(xiàn)功能，三維觸控的壓力感應(yīng)可以用在中風(fēng)康復(fù)的訓(xùn)練中。病人可以通過(guò)壓按屏幕獲得多媒體聲光電多方面的反饋，從而進(jìn)一步改善康復(fù)流程以及康復(fù)體驗(yàn)。對(duì)于特殊人群的關(guān)注一直是高科技應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一，這種類型的應(yīng)用同樣可以用在很多醫(yī)療和康復(fù)項(xiàng)目中。

（四）三維觸控當(dāng)前存在的問(wèn)題

當(dāng)然，3D Touch也存在一些缺點(diǎn)，首先是復(fù)雜性。對(duì)于大部分人來(lái)說(shuō)，滑動(dòng)、點(diǎn)擊是最為直觀、容易理解的操作，這出于人類的本能。但在點(diǎn)擊中加入壓力感應(yīng)，就稍微復(fù)雜了。如果再將按壓力度分為三個(gè)層次、加入不同的UI，就顯得更為復(fù)雜。從某種角度來(lái)說(shuō)，如果一款產(chǎn)品需要用戶費(fèi)腦子去理解，那么在易用性方面就算不上成功。

其次，從人體生理學(xué)的角度來(lái)看，手指實(shí)現(xiàn)不同壓力顯然與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)有關(guān)，如果長(zhǎng)時(shí)間頻繁操作，可能會(huì)讓一些人感到不適。當(dāng)然，蘋果可以從軟件方面對(duì)壓力敏感級(jí)別進(jìn)行微調(diào)，實(shí)現(xiàn)更舒適的體驗(yàn)。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著APP交互設(shè)計(jì)師和開發(fā)人員對(duì)三維觸控的不斷深入研究，三維觸控將會(huì)更多地被運(yùn)用在APP交互中。用戶可以期待更好、更高效、更自然的交互方式，應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備的APP中。更好地發(fā)揮三維觸控的優(yōu)勢(shì)，利用多種傳感器的共同協(xié)作效應(yīng)，使三維觸控交互設(shè)計(jì)在保證用戶操作可靠性的同時(shí)，向直覺(jué)交互、自然交互的方向發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：王子凱，碩士，上海理工大學(xué)出版印刷與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院動(dòng)畫系副教授。

李拜天，碩士，上海理工大學(xué)出版印刷與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院動(dòng)畫系助教。