由 芳, 楊偉光, 鄭貴鋒, 張 俊, 崔 巍
(1.同濟(jì)大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院,上海 201804;2.中山大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,廣州 510006;3.同濟(jì)大學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)意學(xué)院,上海 200092)
隨著汽車(chē)自動(dòng)化和智能化的發(fā)展,更多的智能化功能被置入汽車(chē)座艙中,而如何與這些功能進(jìn)行交互成為愈發(fā)重要的問(wèn)題。新的智能化功能提高了用戶(hù)的駕乘體驗(yàn),同時(shí)也對(duì)交互設(shè)計(jì)提出了新的要求,有效、科學(xué)的設(shè)計(jì)方法起著至關(guān)重要的作用。交互界面設(shè)計(jì)教學(xué)直接影響研究生的創(chuàng)新能力與設(shè)計(jì)思維的培養(yǎng),將教學(xué)與工作域分析理論相結(jié)合,掌握多種有效的設(shè)計(jì)分析方法有助于汽車(chē)人機(jī)交互領(lǐng)域的學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)推導(dǎo)和研究工作。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)推導(dǎo),即以用戶(hù)為中心的設(shè)計(jì)方法[1-2],經(jīng)常通過(guò)頭腦風(fēng)暴、調(diào)查問(wèn)卷和訪談等主觀數(shù)據(jù)來(lái)確定界面設(shè)計(jì)的功能框架,相較傳統(tǒng)主觀設(shè)計(jì)方法,工作域分析(Work Domain Analysis,WDA)則是通過(guò)提煉客觀條件逐步推導(dǎo)出功能框架,它的引入能夠?yàn)榻缑嬖O(shè)計(jì)教學(xué)提供新的方法和思路。其中,抽象層次結(jié)構(gòu)(Abstraction Hierarchy,AH)作為WDA中常用的分析方法,能夠較好地幫助學(xué)生探索智能座艙等復(fù)雜系統(tǒng)中的交互界面設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題。此外,WDA能夠根據(jù)需求而對(duì)其中的框架單獨(dú)使用或組合使用,從而幫助學(xué)生解決不同階段的設(shè)計(jì)問(wèn)題,啟發(fā)設(shè)計(jì)優(yōu)化與迭代。如關(guān)注減輕駕駛員的認(rèn)知負(fù)荷,提高其完成任務(wù)的績(jī)效等維度的設(shè)計(jì)優(yōu)化。掌握工作域分析中的方法,通過(guò)實(shí)踐提高界面設(shè)計(jì)分析推導(dǎo)能力,有助于研究生后續(xù)的學(xué)習(xí)和發(fā)展[3]。
本文涉及到“智能座艙界面設(shè)計(jì)研究與推導(dǎo)”是研究生界面設(shè)計(jì)課程內(nèi)容。課程以智能座艙交互功能設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),在前期引導(dǎo)學(xué)生了解并嘗試使用AH 推導(dǎo)相關(guān)界面功能架構(gòu),并結(jié)合不同狀態(tài)下的座艙情況進(jìn)行相應(yīng)的變化;后期培養(yǎng)學(xué)生界面元素定位及設(shè)計(jì)能力,根據(jù)前期方法推導(dǎo)的結(jié)果產(chǎn)出具體的界面設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行簡(jiǎn)單的可用性評(píng)估,從而證明設(shè)計(jì)方案的可行性。
WDA最早是由Rasumussen 提出,它描述了一個(gè)從功能目的到物理形式五層次的抽象層次結(jié)構(gòu),以便產(chǎn)生系統(tǒng)交互的高級(jí)概述。垂直的抽象層次之間解釋了分析對(duì)象從“是什么”到“怎么做”或“為什么”的問(wèn)題[4]。該方法廣泛應(yīng)用于人機(jī)交互領(lǐng)域,如艦船指揮與控制,航空領(lǐng)域[5]。目前,WDA在汽車(chē)領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛,如人機(jī)交互界面HMII 設(shè)計(jì)、車(chē)載系統(tǒng)層級(jí)構(gòu)建等。
1.2.1 基本流程
在使用WDA時(shí),通常運(yùn)用到AH 作為分析工具,將分析對(duì)象代入其中的5 個(gè)層次:功能目的、抽象功能、廣義功能、物理功能、物理形式,自上而下或自下而上進(jìn)行模型構(gòu)建[6]。
1.2.2 優(yōu)勢(shì)
目前WDA已在汽車(chē)HMII 領(lǐng)域有一定的應(yīng)用案例,若將其推廣至智能座艙界面設(shè)計(jì)教學(xué)中,運(yùn)用WDA方法進(jìn)行設(shè)計(jì)推導(dǎo)具有以下優(yōu)勢(shì):
(1)運(yùn)用WDA開(kāi)展的設(shè)計(jì)推導(dǎo)結(jié)果更為客觀與完整。WDA 是以“工作”為中心,通過(guò)分析人的認(rèn)知行為設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架,分析信息行為對(duì)工作的影響,并為信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供整體思路[7]。相比使用以“用戶(hù)”為中心設(shè)計(jì)理念相關(guān)的方法與工具推導(dǎo)出的結(jié)果,前者更具客觀性與整體性[8]。
(2)WDA作為分析工具操作簡(jiǎn)單,易于使用[9]。學(xué)生容易學(xué)習(xí)掌握,并根據(jù)不同的設(shè)計(jì)需求來(lái)推導(dǎo)各自的功能架構(gòu)或評(píng)測(cè)任務(wù),在獨(dú)自進(jìn)行設(shè)計(jì)推導(dǎo)實(shí)踐中不容易出錯(cuò),便于在教學(xué)中展開(kāi)。以WDA 為例,AH作為該階段主要的分析工具,工具介紹部分給出了不同層次所對(duì)應(yīng)的內(nèi)容,便于學(xué)生在使用時(shí)理解與掌握。AH的層級(jí)解釋及模型原理如圖1 所示。
圖1 AH抽象層次結(jié)構(gòu)的解釋及模型原理
為使學(xué)生深入了解學(xué)習(xí)智能座艙中的界面設(shè)計(jì),需要在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)踐基礎(chǔ)上,注入設(shè)計(jì)理論支撐,從而使得學(xué)生在設(shè)計(jì)的過(guò)程中不再單單憑借主觀的想法或經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)產(chǎn)出。該環(huán)節(jié)重視培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維與分析能力,針對(duì)界面設(shè)計(jì)推導(dǎo)實(shí)踐開(kāi)展智能座艙的界面設(shè)計(jì)課程,課程面向研究生群體,并依托學(xué)院多年智能汽車(chē)交互研究背景及設(shè)備環(huán)境條件,學(xué)生以“智能座艙中的界面設(shè)計(jì)”為主題進(jìn)行發(fā)散研究。該課程的開(kāi)設(shè)為達(dá)到以下教學(xué)目標(biāo):
(1)通過(guò)課程講授讓研究生了解并掌握從設(shè)計(jì)需求—設(shè)計(jì)推導(dǎo)—設(shè)計(jì)輸出整個(gè)過(guò)程中的分析流程與方法。培養(yǎng)學(xué)生分析復(fù)雜系統(tǒng)的能力,引導(dǎo)學(xué)生深入了解智能座艙的交互設(shè)計(jì)及界面設(shè)計(jì),拓展學(xué)生在此方面的知識(shí)。
(2)學(xué)習(xí)掌握WDA中所涉及到分析方法與實(shí)踐工具,學(xué)會(huì)借助AH推導(dǎo)出具有理論支撐的設(shè)計(jì)方案,并能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步深入與優(yōu)化。
教學(xué)方法采用翻轉(zhuǎn)課堂模式,以小組為單位。課程在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)教學(xué)模式基礎(chǔ)上,融入設(shè)計(jì)理論,加強(qiáng)設(shè)計(jì)產(chǎn)出部分的理論支撐。并且建立以研究生作為界面設(shè)計(jì)課程的學(xué)習(xí)主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)關(guān)系,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性[10]。這種教學(xué)模式貫穿整個(gè)設(shè)計(jì)流程,主要體現(xiàn)在以下三方面:
(1)自主選擇設(shè)計(jì)載體及交互對(duì)象。教師根據(jù)學(xué)院的研究背景及設(shè)備環(huán)境條件確定課程主題,學(xué)生可根據(jù)主題背景自主選擇交互載體并以小組合作的形式開(kāi)展對(duì)應(yīng)的界面設(shè)計(jì)工作。各組同學(xué)根據(jù)選擇的不同載體確定對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)目的,教師在此過(guò)程中把握大的設(shè)計(jì)方向,并指導(dǎo)學(xué)生使用WDA 相關(guān)的設(shè)計(jì)分析方法推導(dǎo)對(duì)應(yīng)的功能架構(gòu)。
(2)自主擬定交互流程與原型制作。要求學(xué)生根據(jù)所選擇的交互載體以及推導(dǎo)出的功能架構(gòu)進(jìn)行交互低保真的繪制,教師對(duì)其交互流程方案提出改進(jìn)意見(jiàn)。學(xué)生根據(jù)教師的反饋落實(shí)交互流程方案的合理性,并著手方案的紙上原型制作。學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單的紙上原型演繹在智能座艙中相應(yīng)載體的界面跳轉(zhuǎn)變化。
(3)自主設(shè)計(jì)評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析。教師介紹評(píng)測(cè)環(huán)境、評(píng)測(cè)方法和設(shè)備使用方法,并鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用制作的紙上原型與現(xiàn)有的虛擬仿真模擬器擬定評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)任務(wù),學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)方案自主開(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),選擇合適的測(cè)量指標(biāo),教師對(duì)實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)方案提出改進(jìn)建議。隨后要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)采集的主觀數(shù)據(jù)與行為績(jī)效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,探究所采集的數(shù)據(jù)與駕駛員認(rèn)知負(fù)荷的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性,綜合分析原因并給出結(jié)論。
設(shè)計(jì)方案由學(xué)生提出,圍繞“智能座艙中的界面設(shè)計(jì)”主題,在確定載體為中控屏幕后,將設(shè)計(jì)點(diǎn)集中于手動(dòng)/自動(dòng)駕駛狀態(tài)下中控智能化功能的信息架構(gòu)差異。并使用AH作為該階段主要的分析工具開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。學(xué)生由此推導(dǎo)整理出手動(dòng)/自動(dòng)駕駛狀態(tài)下不同的抽象層次結(jié)構(gòu)內(nèi)容,如圖2 所示。
圖2 駕駛情況下抽象層次結(jié)構(gòu)推導(dǎo)過(guò)程
學(xué)生使用抽象層次結(jié)構(gòu)推導(dǎo)至第5 層結(jié)構(gòu)后,可獲得所需功能架構(gòu)的初始形態(tài),通過(guò)整理歸納則可得到在不同駕駛情況下的信息功能架構(gòu)。值得一提的是,整理時(shí)需考慮到駕駛狀態(tài)的變化會(huì)引起功能架構(gòu)上的變化,該變化一方面是以AH 推導(dǎo)出的結(jié)果為基礎(chǔ);另一方面學(xué)生能夠加入自己的主觀理解,從而產(chǎn)出具有差異化的設(shè)計(jì)方案。
例如,手動(dòng)駕駛狀態(tài)下,著重展示功能的完整性以及快捷操作的屬性,則對(duì)應(yīng)的信息架構(gòu)會(huì)將絕大多數(shù)功能平展在頁(yè)面上,功能多為一級(jí)信息;自動(dòng)駕駛狀態(tài)下,著重展示車(chē)輛狀態(tài)和駕駛意圖,則對(duì)應(yīng)的信息架構(gòu)會(huì)將車(chē)輛基本信息置于一級(jí)信息,其他的功能都將視為輔助功能放置二級(jí)信息。圖3 為手動(dòng)/自動(dòng)駕駛狀態(tài)下對(duì)應(yīng)信息功能架構(gòu)的差異示圖。
圖3 手動(dòng)/自動(dòng)駕駛狀態(tài)下對(duì)應(yīng)信息功能架構(gòu)的差異示圖
(1)界面設(shè)計(jì)。學(xué)生在推導(dǎo)出智能座艙不同駕駛狀態(tài)下的信息架構(gòu)后,需要結(jié)合人機(jī)界面標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)原則[11-12],即清晰性原則、一致性原則、易學(xué)性原則和容錯(cuò)性原則開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。在此階段,學(xué)生需遵循人機(jī)界面設(shè)計(jì)原則的同時(shí),融入自定的視覺(jué)語(yǔ)言,輸出每個(gè)功能的關(guān)鍵頁(yè)面與基本的交互流程說(shuō)明,為后續(xù)的評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。不同駕駛模式下的高保真界面設(shè)計(jì)如圖4 所示。
圖4 手動(dòng)/自動(dòng)駕駛模式高保真界面設(shè)計(jì)
(2)原型制作。學(xué)生根據(jù)前期的界面設(shè)計(jì)方案推導(dǎo),設(shè)計(jì)適合其搭載的展示載體。載體造型可尋找立體構(gòu)成造型以及人機(jī)工程學(xué)尺寸比例等進(jìn)行參考,確保紙上原型的比例大小滿(mǎn)足用戶(hù)正常且舒適地使用,同時(shí)也能演繹在智能座艙中界面的跳轉(zhuǎn)變化。圖5 為學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)搭建的紙上原型。
圖5 紙上原型搭建
(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)參與者。實(shí)驗(yàn)裝置包括中控界面紙上原型、汽車(chē)駕駛環(huán)境模擬器,駕駛模擬器采用Fanatec Porsche 918 RSR 方向盤(pán)及相關(guān)配件,搭建一臺(tái)搭載三通道融合環(huán)幕的電腦,采用Unity 軟件開(kāi)發(fā)模擬車(chē)輛周?chē)h(huán)境仿真程序,評(píng)測(cè)的虛擬場(chǎng)景為自主開(kāi)發(fā)的雙向兩車(chē)道程序。其他實(shí)驗(yàn)材料包括評(píng)估問(wèn)卷、訪談錄音設(shè)備等。共有9 名具備駕駛經(jīng)驗(yàn)的被試參與了模擬器上的原型測(cè)試實(shí)驗(yàn),平均年齡24 歲,平均駕齡1.25 年。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)由學(xué)生提出,實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谧尡辉囀褂媒Y(jié)合WDA 產(chǎn)出的設(shè)計(jì)方案,通過(guò)主觀數(shù)據(jù)和客觀數(shù)據(jù)的雙重論證,證明該設(shè)計(jì)方案在可行性上占優(yōu)。實(shí)驗(yàn)分為主任務(wù)與次任務(wù),主任務(wù)為被試駕駛模擬器以規(guī)定速度完成一段目標(biāo)行程,次任務(wù)則是被試在手動(dòng)駕駛和自動(dòng)駕駛狀態(tài)下分別完成與中控原型的交互操作,次任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃與學(xué)生已有界面高保真內(nèi)容有關(guān),學(xué)生根據(jù)已有實(shí)驗(yàn)材料安排合適的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。具體任務(wù)描述如圖6 所示。
圖6 實(shí)驗(yàn)駕駛?cè)蝿?wù)清單
(3)實(shí)驗(yàn)流程。在搭建完實(shí)驗(yàn)環(huán)境后,中控紙上原型放置符合人機(jī)工程學(xué)的對(duì)應(yīng)位置,邀請(qǐng)9 名被試上駕駛仿真臺(tái)架逐一進(jìn)行實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)前會(huì)為被試安排基礎(chǔ)培訓(xùn)并讓其提前試駕模擬器,使其熟悉相關(guān)設(shè)備。隨后依次完成主任務(wù)和次任務(wù),每個(gè)次任務(wù)完成后需填寫(xiě)ASQ 場(chǎng)景后問(wèn)卷,待所有任務(wù)均完成后,完成SUS系統(tǒng)可用性量表并對(duì)被試進(jìn)行深度訪談[13]。實(shí)驗(yàn)流程說(shuō)明與實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖7、8 所示。
圖7 實(shí)驗(yàn)流程
圖8 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)操作
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,被試者通過(guò)汽車(chē)駕駛環(huán)境模擬器進(jìn)行模擬駕駛,模擬器收集被試者完成任務(wù)期間的車(chē)速數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9 所示。多數(shù)被試者在完成任務(wù)期間能夠保持車(chē)速穩(wěn)定在25 ~35 km/h,車(chē)速平均值為31.72 km/h,被試操作中控原型的動(dòng)作對(duì)被試維持行駛速度的影響較小,說(shuō)明被試者在使用該設(shè)計(jì)方案時(shí)能夠較為迅速和準(zhǔn)確地完成操作任務(wù),且對(duì)駕駛安全性影響不大。
圖9 駕駛模擬器車(chē)速數(shù)據(jù)
4.2.1 ASQ場(chǎng)景后問(wèn)卷數(shù)據(jù)分析
根據(jù)被試者填寫(xiě)的ASQ場(chǎng)景后問(wèn)卷數(shù)據(jù),對(duì)每個(gè)任務(wù)在問(wèn)卷關(guān)于有效性、效率、滿(mǎn)意度3 個(gè)可用性維度上的問(wèn)題計(jì)算平均得分,結(jié)果如圖10 所示。根據(jù)所得數(shù)據(jù),兩個(gè)任務(wù)在有效性、效率、滿(mǎn)意度3 個(gè)維度上的得分均較高,表明中控原型在兩個(gè)任務(wù)上都具備較高的可用性。其中,任務(wù)2 在效率維度上的得分相對(duì)較低,結(jié)合實(shí)驗(yàn)觀察,可能存在的原因是首頁(yè)功能入口的icon設(shè)計(jì)存在歧義,表意不明,導(dǎo)致用戶(hù)在完成任務(wù)時(shí)花費(fèi)的時(shí)間提高。
圖10 ASQ場(chǎng)景后問(wèn)卷數(shù)據(jù)
4.2.2 SUS系統(tǒng)可用性數(shù)據(jù)分析
根據(jù)被試者填寫(xiě)的SUS 可用性量表數(shù)據(jù),換算得出系統(tǒng)可用性總得分以及系統(tǒng)在可用性、易學(xué)性2 個(gè)分維度的得分[14],如圖11、12 所示。在系統(tǒng)總體可用性上,中控原型的平均得分為74.7,將該分?jǐn)?shù)引入研究者提出的評(píng)級(jí)量表[15-16]中,對(duì)應(yīng)的可用性評(píng)級(jí)為GOOD。如圖13 所示,說(shuō)明系統(tǒng)可用性較好,處于中上水平。中控原型在易學(xué)性維度的平均得分低于可用性維度的平均得分,后期設(shè)計(jì)的迭代改進(jìn)應(yīng)著重于引導(dǎo)用戶(hù)對(duì)界面設(shè)計(jì)元素的認(rèn)知提升和學(xué)習(xí)等方面。
圖11 SUS系統(tǒng)可用性量表數(shù)據(jù)
圖12 SUS系統(tǒng)可用性量表均值數(shù)據(jù)
圖13 Bangor提出的系統(tǒng)可用性形容詞評(píng)級(jí)量表
實(shí)驗(yàn)收集的客觀數(shù)據(jù)與主觀數(shù)據(jù)表明,實(shí)驗(yàn)所用中控原型設(shè)計(jì)方案在被試者模擬駕駛汽車(chē)的過(guò)程中,對(duì)車(chē)輛正常行駛的影響較小,被試者能夠以較好的交互體驗(yàn)完成任務(wù)的同時(shí),維持平穩(wěn)駕駛,駕駛的安全性也得到了較好的保證。說(shuō)明通過(guò)使用WDA所推導(dǎo)出的結(jié)構(gòu)框架、界面設(shè)計(jì),在后期的論證過(guò)程中被證明有一定的可用性。
本文選取學(xué)生界面設(shè)計(jì)課程方案,選題為“基于WDA的智能座艙中控模塊界面設(shè)計(jì)”,通過(guò)使用WDA以及對(duì)應(yīng)的AH分析工具,推導(dǎo)智能座艙自動(dòng)與手動(dòng)狀態(tài)下的功能架構(gòu),產(chǎn)出最終的界面設(shè)計(jì)方案,評(píng)測(cè)實(shí)驗(yàn)借助駕駛模擬器,完成手動(dòng)與自動(dòng)兩種狀態(tài)下的主次駕駛?cè)蝿?wù)。結(jié)合客觀車(chē)輛數(shù)據(jù)與主觀SUS 可用性量表數(shù)據(jù)、ASQ數(shù)據(jù)以及訪談數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)通過(guò)WDA推導(dǎo)出的界面設(shè)計(jì)方案在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)可用性水平較好,等級(jí)達(dá)到GOOD,后續(xù)的優(yōu)化可著重于提升用戶(hù)操作效率與提升易學(xué)性?xún)煞矫妗?/p>
該課程依托學(xué)院科研背景,緊密結(jié)合專(zhuān)業(yè)特色,為提高學(xué)生界面元素定位及設(shè)計(jì)能力和評(píng)測(cè)能力,教師從課程前期指導(dǎo)學(xué)生自主展開(kāi)功能推導(dǎo)和方案設(shè)計(jì),到課程后期由學(xué)生自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),在實(shí)驗(yàn)中模擬真實(shí)駕駛場(chǎng)景,結(jié)合主觀測(cè)量綜合分析出推導(dǎo)方案的可用性水平,幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)界面設(shè)計(jì)推導(dǎo)能力,深化信息架構(gòu)分析能力與評(píng)測(cè)能力,同時(shí)培養(yǎng)汽車(chē)人機(jī)交互設(shè)計(jì)的興趣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸閷W(xué)生后續(xù)自主展開(kāi)研究奠定基礎(chǔ)。