基于專業(yè)設(shè)計公司設(shè)計程序和人機交互技術(shù)的智能穿戴設(shè)備設(shè)計

鄧海靜

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

關(guān)鍵詞：設(shè)計程序；人機交互；智能穿戴；設(shè)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(shè)備，從計算機和電子技術(shù)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(shù)和計算機。從可穿戴概念上理解為是人體能力和設(shè)備內(nèi)置能力的配合實現(xiàn)，是“以人為本，人機合一”的理念的產(chǎn)物[1]。可穿戴設(shè)備不僅僅是一種硬件設(shè)備，更是通過軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來實現(xiàn)強大功能的終端，可穿戴設(shè)備的設(shè)計已不只是對產(chǎn)品實物的設(shè)計，對其應(yīng)用與服務(wù)的設(shè)計成了最終將其推向市場的更為重要的部分[2]。相應(yīng)的，在技術(shù)研究上，從實驗室走向終端用戶的進程給交互設(shè)計在智能穿戴設(shè)備中的發(fā)展提供了機會[3]。

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

人機交互技術(shù)（Human-Computer Interaction Techniques）是指通過計算機輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機對話的技術(shù)，也指通過電極將神經(jīng)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(shù)[5]。人機交互系統(tǒng)通常包括產(chǎn)品通過輸出或顯示設(shè)備給人提供大量信息及提示，以及人通過輸入設(shè)備向產(chǎn)品輸入有關(guān)信息，問題回答等[6]。

1智能穿戴設(shè)備的人機交互技術(shù)現(xiàn)狀

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

骨傳導(dǎo)交互技術(shù)主要是一種針對于聲音的交互技術(shù)，將聲音信號通過振動顱骨，不通過外耳和中耳而直接傳輸?shù)絻?nèi)耳的一種技術(shù)。目前在智能眼鏡、智能耳機等方面，骨傳導(dǎo)技術(shù)是比較普遍的交互技術(shù)，其中谷歌眼鏡即是采用聲音骨傳導(dǎo)技術(shù)來構(gòu)建設(shè)備與使用者之間的聲音交互。眼動跟蹤技術(shù)是當代心理學(xué)研究的重要技術(shù)，在實驗心理學(xué)、應(yīng)用心理學(xué)等領(lǐng)域有比較廣泛的應(yīng)用，目前該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于VR眼鏡設(shè)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(jié)合。AR/MR技術(shù)可以為可穿戴設(shè)備提供新的應(yīng)用方式，主要是在人機之間構(gòu)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(shè)備、體感游戲等方面應(yīng)用比較廣泛的交互技術(shù)。語音交互是可穿戴設(shè)備時代人機交互之間最直接，也是當前應(yīng)用最廣泛的交互技術(shù)之一，語音交互技術(shù)的應(yīng)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(yīng)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(chǎn)品的應(yīng)用，如無線手機上的撥號、智能玩具等。體感交互技術(shù)是指利用計算機圖形學(xué)等技術(shù)識別人的肢體語言，并轉(zhuǎn)化為計算機可理解的操作命令來操作設(shè)備，其中尤其以手勢交互最具代表性，隨著各項技術(shù)的成熟和傳感器的發(fā)展，手勢識別已經(jīng)進入可用性階段，各類產(chǎn)品和解決方案也開始涌現(xiàn)。觸覺交互是目前可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)中比較新的人機交互技術(shù)，其領(lǐng)域包括手術(shù)模擬訓(xùn)練、娛樂、機器人遙控操作、產(chǎn)品設(shè)計、工業(yè)設(shè)計等，觸覺交互目前在沉浸式智能產(chǎn)品中有了一定的應(yīng)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(guān)鍵交互技術(shù)。腦波交互技術(shù)目前已經(jīng)有了一定的探索，但還沒有得到比較廣泛的應(yīng)用，腦波交互技術(shù)不僅構(gòu)建了人與設(shè)備之間，同時也是構(gòu)建人與人之間的一種新的溝通方式，將會是可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)的終極交互方式。

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

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

2.1 用戶調(diào)查

設(shè)計調(diào)查是所有專業(yè)設(shè)計公司進行設(shè)計時至關(guān)重要的一步，一般而言，產(chǎn)品設(shè)計調(diào)查分為用戶調(diào)查和產(chǎn)品與市場調(diào)查兩種不同方法。本研究中，VR眼鏡用戶調(diào)查被看作VR眼鏡設(shè)計調(diào)查的重要任務(wù)，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(xí)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(shè)計提供有用的信息。

用戶調(diào)查的方法主要有問卷法、訪談法、觀察法、用戶角色構(gòu)建法[4]，這些方法可以單獨使用，也可以結(jié)合使用。本文使用訪談法、觀察法、用戶角色構(gòu)建法三種調(diào)查方法結(jié)合的方式對VR眼鏡用戶開展調(diào)查。首先筆者按照對訪談過程的控制程度采用了非結(jié)構(gòu)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(jù)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(chǎn)品進行討論交談，獲取對特定產(chǎn)品有關(guān)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。基于VR眼鏡產(chǎn)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(xué)習(xí)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(jié)構(gòu)特性。

用戶角色構(gòu)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(gòu)建一般包含個人基本信息、家庭、工作、生活環(huán)境描述，與產(chǎn)品使用相關(guān)的具體情境描述等。本文根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)特點，構(gòu)建的用戶角色如表3所示。

2.2 產(chǎn)品與市場調(diào)查

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

首先根據(jù)消費者的購買行為和購買習(xí)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(chǎn)品品牌調(diào)查法對市場上產(chǎn)品進行調(diào)查，得出不同品牌VR眼鏡的品牌特點，本文以三款熱銷產(chǎn)品為例進行說明，如表5所示。

2.3 設(shè)計定位

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

2.4創(chuàng)意設(shè)計

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

2.4.1整體構(gòu)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(diào)溝通與互動功能，而非只用于娛樂。

2.4.2細節(jié)構(gòu)思方向

控制按鈕：可否使用聲控？可否是感應(yīng)的？是否可以利用太陽能供電？

視力調(diào)節(jié)：可否調(diào)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(zhì)的選擇是否有更為舒適、合理的材料？PU、海綿、硅膠、蛋白質(zhì)材料等用于機身的優(yōu)缺點有什么？

交互技術(shù)：哪些交互技術(shù)可靠性更高，體驗更好？

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

2.5交互設(shè)計技術(shù)

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

2.5.1設(shè)計專屬交互體驗

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

2.5.2情境設(shè)計

VR眼鏡作為可穿戴式智能設(shè)備，其使用場景豐富且復(fù)雜，其情境設(shè)計應(yīng)充分考慮設(shè)備的交互技術(shù)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(shè)計應(yīng)多使用傳感器、腦波、體感等技術(shù)與信息錄入關(guān)聯(lián)，減少用戶的手動輸入，避免用戶復(fù)雜的操作負荷，例如運用語音輸入和RFID/NFC 技術(shù)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(fù)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(shù)來簡化操作形式，另外在軟件交互方面，需要對層級架構(gòu)進行規(guī)劃，讓信息言簡意賅，只顯示必要的內(nèi)容[9]。這些硬件和軟件交互技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過前期的創(chuàng)意構(gòu)思和交互技術(shù)選擇，該設(shè)計可進入結(jié)構(gòu)設(shè)計和造型設(shè)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(nèi)側(cè)設(shè)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(shè)置在鏡架上的屏幕、透鏡、保護殼，眼罩底部設(shè)有視力調(diào)節(jié)器，用戶可以通過該調(diào)節(jié)器進行調(diào)節(jié)，減少了佩戴眼鏡帶來的疲勞感。耳罩一側(cè)設(shè)有觸摸式操作器，操作簡單。眼罩設(shè)置為旋轉(zhuǎn)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(jié)合人機工程學(xué)相關(guān)尺寸數(shù)據(jù)對VR眼鏡的外觀結(jié)構(gòu)進行研究和分析，確定各項結(jié)構(gòu)參考數(shù)據(jù)，如圖5所示：

2.6.1眼罩尺寸

眼罩尺寸參考成人鼻上寬數(shù)值、眼寬數(shù)值和臉寬數(shù)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(shè)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(shù)值進行綜合測算，單鏡片尺寸在 50mm*50mm 內(nèi)較為符合人機工程學(xué)及視覺效果，基于此外觀尺寸數(shù)據(jù)與眼罩尺寸進行結(jié)合設(shè)計，可以有效控制產(chǎn)品的整體外觀尺寸，本設(shè)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(shù)據(jù)進行測算，同時結(jié)合市面上現(xiàn)有VR眼鏡產(chǎn)品的調(diào)研數(shù)據(jù)，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(zhì)后，以30mm 內(nèi)的尺寸較為合適且易實現(xiàn)，本設(shè)計的寬度為46mm，厚度30mm。基于用戶頭部高度的不同，支架長度需求跨度大，故固定支架的長度應(yīng)具備可調(diào)節(jié)性，調(diào)節(jié)直線距離在50mm范圍內(nèi)，本設(shè)計調(diào)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(shù)據(jù)進行測算，同時結(jié)合市面上現(xiàn)有的耳麥產(chǎn)品數(shù)據(jù)，確定圓形耳罩的外直徑以不小于90mm較為合適，內(nèi)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(shè)計的外直徑數(shù)據(jù)為110mm，內(nèi)直徑為65mm，厚度為80mm。

3 結(jié)語

本文提出了基于專業(yè)設(shè)計公司設(shè)計程序和人機交互技術(shù)的智能穿戴設(shè)備的設(shè)計流程，根據(jù)項目設(shè)計特點，通過采用五步式設(shè)計程序有效解決了設(shè)計中的難點，讓產(chǎn)品設(shè)計過程變得更清晰、條理，幫助設(shè)計人員提升了產(chǎn)品的開發(fā)效率。本文對于設(shè)計調(diào)研、交互設(shè)計分析與結(jié)構(gòu)設(shè)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(chǎn)品的開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。但是本研究也存在一定的局限性，鑒于篇幅，很多內(nèi)容沒有展開進一步的論述，比如設(shè)計定位后期對于設(shè)計創(chuàng)意的剖析不夠徹底和深入，對于后續(xù)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計的引導(dǎo)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(xué)、合理的研究成果。

本文系東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級科研項目（2016a10）。

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