基于情緒外化所進行心理檢測的概念產品設計研究

2024-01-06 06:16白嘉銘王頔劉鑫

設計 2023年23期

白嘉銘王頔劉鑫

摘要：通過佩戴收集青少年心理健康數據，提出方案從而進行的青少年心理健康關愛。通過識別面部表情和肢體語言進行分析，構建青少年心理模型，起到監(jiān)測和應急處理青少年心理狀態(tài)的智能穿戴設備，起到數據收集，整合使用者當前心理活動狀態(tài)。緩解青少年心理壓力，構建健康心理。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

根據國家教委抽樣調查，我國存在不同程度的心理障礙乃至心理疾病的大學生有近五分之一，需要心理衛(wèi)生服務的大學生高達四分之一，有明顯的心理障礙癥狀的大學生人數有十分之一，其中大部分學生急需心理咨詢和治療。根據《中國教育科學研究院德育與心理特教研究所》研究表明，大規(guī)模災難和經濟衰退會導致心理疾病的風險增加。疫病大流行同樣可以導致心理問題，對兒童、青少年來說尤甚，因為大多數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，隨著疫情的反復和雙減政策的出臺，學校及各類教育機構被迫關閉，青少年不僅在線下面授學習過程被中斷，此前由學校提供的非學業(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濟衰退，家長的教育行為和相關活動也同樣影響較大。疫情的暴發(fā)和反復持續(xù)，直接改變了青少年的學習、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習生活中有著至關重要的作用，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。當人們長期處于不穩(wěn)定的情緒中時，心理疾病和相關誘發(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，但隨著研究的深入和微表情學科出現(xiàn)，其權威性受到質疑，面部表情并不是完全客觀的信號。隨著醫(yī)學的進步，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，在生活和日常學習中有諸多不便，靠著電極接觸的方式進行屬于大型的可穿戴醫(yī)學設備，使佩戴者的數據收集更加精準，但相應的也會令佩戴者產生不好的情緒影響，非接觸式的設備精準度也得不到保障。

因此，我想做一款智能穿戴設備，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、電視等電子設備。當使用者的情緒波動較大，從而影響身體健康的時候，會連接智能設備，進行舉措。產品的表現(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）基于面部表情關于心理監(jiān)測相關技術發(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，將收集好的數據在進行編碼收集，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年更新數據庫，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）基于生理信號關于心理監(jiān)測相關技術發(fā)展

1.發(fā)展歷史：美國心理學之父威廉·詹姆斯在19世紀開展了關于生理機制與情緒相關的實驗研究，其認為情緒的出現(xiàn)跟自身的生理機能息息相關，當人們出現(xiàn)不同的心理時所對應的生理機能也會做出相關聯(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。種種神經反饋成像研究表示，當人們情緒產生不同變化時，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聯(lián)系。

2.研究現(xiàn)狀：江蘇大學在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，所得數據更加客觀和準確，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，構建情緒判別方程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達到較理想的情緒識別結果[6]。

在中國航天工程大學研究院在2021年針對多生理信號信息融合技術的問題研究中，以情緒模型為基礎，研究自主神經系統(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，雖然應用廣泛但目前停留于實驗室研究階段。

三、心理監(jiān)測設備的用戶分析

以走訪用戶和問卷調研的方式進行用戶調研。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，得知對此類產品問世的期待與期盼，期望可以及時了解到青少年在學習生活中所面臨的壓力，并出臺相關解決方案，起到關心，關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)揮著至關重要的作用[7]。

（一）用戶調研

由于產品特性，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。整合其中關系針對使用者特性并結合用戶旅程圖（略）與服務藍圖，并充分利用大數據資源調研成果，完成用戶研究。對于青少年、青少年監(jiān)護人以及心理醫(yī)生和其他相關從業(yè)者進行了數據調研。

（二）用戶分析

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

1.98%的被調查者對關注青少年心理監(jiān)測手表表示感興趣，希望其主要功能突出。20%的被調查者關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%的被調查者認同智能檢測手表的附加功能，應符合青少年正常學習生活中的使用途徑，這部分更多為青少年監(jiān)護人以及心理醫(yī)生。

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

3.在對顏色的調研報告中，有著83%青少年在產品顏色的喜好上選擇豐富的產品色彩，而80%監(jiān)護人與心理醫(yī)生人群的調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系，遵循色彩設計的應用法則，設計出極具創(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。

通過本次調研顯示，使用者希望產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業(yè)的相關功能。純色系，與彩色系可以劃分使用者和監(jiān)護人的產品劃分，讓其分辨度更高，也更方便后臺收集數據。在造型上前衛(wèi)而具有高科技的全面屏設計更加歡迎。上述來自一線的調研數據，在后期的產品生產設計上無疑有著重要的建設意義，為用戶心理地圖和人物畫像起到了重要的基礎作用。

四、基于情緒外化所進行心理檢測的概念產品設計實踐

（一）設計思路

根據5W2H分析提出基于情緒外化所進行心理檢測的概念產品的初步設計定位：

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品設計。

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，多模塊的組合應用

HOW MUCH-開拓全新的市場，根據前期的用戶使用情況再進行定價。

（二）設計流程

首先確立產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品與其相連。從市場調研和市場分析法入手，根據目前市場現(xiàn)有產品的現(xiàn)狀進行分析，分析產品的優(yōu)劣，與競爭核心手段是否具有較強的競爭力?，F(xiàn)階段的市場產品還未歸納完整體系與相關產品信息。根據前期的用戶調研與分析數據，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幅以上的草圖設計，這些草圖對功能性的組件進行繪制。在整個產品設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)散思維進行產品3D建模，產品渲染，產品的服務藍圖，UI界面形成一套完善合理的設計方案。因為該款智能穿戴產品分為青少年款與監(jiān)護人款，所以在受用人群，功能設計等方面有著相當的特殊性，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產品的發(fā)展歷史，盡量滿足用戶的目標需求，做出好的設計產品。

（三）設計內容

1.模塊化設計，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?，讓青少年在使用過程中更加容易上手，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所示為產品外觀模型，將美觀與功能相結合，減少產品直觀的復雜感，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，采用模塊化設計產品分為：產品的使用者模塊（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，也有相關的AppUI設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）：做好佩戴者的相關數據收集與整合，健康報告（圖3-2）可根據年、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（圖4-1），也有為監(jiān)護人提供的相關書籍，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）的日常數據收集，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)的數據收集以及上傳平臺，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據以及應該做出的調整，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)生出臺相關解決問題（心理疏導，心理醫(yī)生線上指導，推薦視頻，解壓音樂，解壓小游戲）推薦給孩子家長，來應對青少年的心理成長時所出現(xiàn)的相對應問題。

4.在技術實現(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算法學習的基礎，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據庫從而迭代升級。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)測與身體健康數據（心率，脈搏，生物電反饋，血氧含量，血壓）算法相結合。測出情緒變化時身體數據的變化，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，輔助面部表情數據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防青少年心理疾病的形成。

結論

面對青少年心理問題及其相關的解決方法，本篇論文給出了全新的解決方案，通過產品的介入，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)新的好設計。