人臉識別系統的情感交互設計研究

馬廣韜　張志蕤

摘要：以沈陽建筑大學正門為例，研究和改進沈陽建筑大學正門人臉識別系統的交互設計。通過人機工程學和情感交互設計的思維和方法，對沈陽建筑大學學生及教職工在通過正門人臉識別系統中存在的問題進行了分析，論述了其中存在的用戶需求矛盾，以及交互設計深層理論中的“認知摩擦”問題。可以順利通過人臉識別系統，進入沈陽建筑大學的學生及教職工僅占27%。針對這些問題，提出了利用人機工程學設計標準和尼爾森的狀態可見原則來引導增強用戶收到的行為反饋，構建交互式人臉識別系統的設計思路。

關鍵詞：情感交互設計 人臉識別系統 反饋

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）07-0120-02

引言

隨著科技的進步和社會的發展，在摒棄原有的產品設計的概念以后，單純圍繞外觀和功能的設計已經不能滿足用戶的需求，以用戶體驗為主導的用戶體驗設計在產品設計中逐步受到認可。因此，如何使產品符合用戶的需求？這一普遍存在的問題，愈發重要。比爾·莫格里奇曾說明：交互設計的本源并非技術，更應考慮用戶能否在與機器交互的過程中獲得情感體驗，因此他認為設計師需要更加關注體驗設計。目前，用戶體驗的理念將從效能發展到意義、情感的維度作為設計的最終目標。由于目前信息技術的快速發展，情感交互越來越成為現代人機交互的首要發展方向，設計者及研究者也愈來愈重視情感交互設計。

一、人機情感交互設計理論概述

（一）行為邏輯：《從物理邏輯到行為邏輯》將“合理組織行為作為決策依據”定義為“行為邏輯”。以前的設計學科更加重視形式，但人機交互的過程卻是人機交互中的行為邏輯更加注重的，重點在形容和規劃用戶的行為方式，后來依據其行為方式來描述，并傳遞這種行為的更加合理的方式。它是全新的，并且具有更加廣闊規模的交互理念。一個平凡的交互設計，是從加強用戶體驗的方向出發，而以行為邏輯為重心的交互中，變化的不只有產品的使用過程，也有全部環境的變化。

（二）情感交互：人類是社會性物種，能夠敏感的接收到任何周圍事物的情感表述，比如物體、產品等。當物體與人產生交互的時候，人對物的感性評判就是情感。站在心理學的角度來分析，情感交互是利用信息作為媒介，將設計師、使用者與產品之間的情感交流進行融合的設計方法，以達到使用者的情感需求作為基本，使使用者在交互過程中得到情感愉悅。情感交互設計不僅是發明一個滿足用戶視覺的產品，它的根本目的是綜合設計的各個方面以及使用者的需求，傳遞產品的特點和質量，使其符合使用者群體或目標受眾的情感訴求。

二、人臉識別系統的交互設計用戶研究

（一）主要用戶分析：交互設計的研究方法是從用戶研究開始的，筆者將研究對象確定為沈陽建筑大學正門人臉識別系統，所以，用戶研究的目標為沈陽建筑大學全體同學以及教職工。筆者于2018年11月在沈陽建筑大學發放了200份問卷調查，根據統計不難發現，教職工約占11.3%，學生約占88.7%。需要經常使用人臉識別系統來通過沈陽建筑大學正門的學生以及教職工約占93.6%。沈陽建筑大學人臉識別系統的被使用情景主要分為兩種，第一種是需要離開沈陽建筑大學的學生及教職工，經統計發現，91%的學生及教職工可以順利通過門禁系統，如圖1所示。第二種是需要進入沈陽建筑大學的學生及教職工，經統計發現，僅27.5%的學生及教職工可以順利通過門禁系統，如圖2所示。

可以得知，沈陽建筑大學正門的人臉識別系統使用頻率極高，用戶在離開沈陽建筑大學正門時，人臉識別系統的可用性較高。但是，在用戶進入沈陽建筑大學正門時，人臉識別系統所展示的可用性極低。

通過調研分析，發現沈陽建筑大學人臉識別系統有以下幾個問題。第一，在使用人臉識別系統離開學校時，面部識別器對用戶行為的反饋不夠清晰。第二，在使用人臉識別系統進入學校時，沒有過使用經驗的用戶不知該如何通過門禁，產品缺乏依據用戶的行為邏輯來進行設計。第三，在使用人臉識別系統進入學校時，整個人臉識別系統沒有任何對用戶行為的反饋及互動，不符合情感交互設計的易用性原則。第四，整個人臉識別系統缺乏結合人機工程學原則進行設計。

三、人臉識別系統中的情感交互設計價值及原則

（一）人臉識別系統中的情感交互設計價值：目前人臉識別類產品屢見不鮮，如何在眾多的人臉識別類產品中展露頭角是令設計者們煩惱的事情，更高水準情感訴求的滿足意味著產品將帶來更高的經濟收益，所以，基于情感交互設計的人臉識別類產品是促進產品提高競爭力的重要手段。所以，使用者評估一款產品體驗的好壞，不止是注重其功能能不能滿足需要，讓使用者感受到知心和欣喜是獲得使用者稱譽的主要方法。

（二）情感交互設計中的狀態可見原則：系統應該讓用戶時刻清楚當前發生了什么事情，也就是快速地讓用戶了解自己處于何種狀態、對過去發生、當前目標、以及對未來去向有所了解，一般的方法是在合適的時間給用戶適當的反饋，防止用戶使用出現錯誤。當行為過程被當作設計目標時，其屬性已不是過去產品設計通常關注的比如功能、結構、材料、顏色等物理屬性。交互（interaction）是因為有了“動作”（action）和相應的“反饋”（reaction）才形成了一個回合的交互行為。

（三）視野：用戶通過人臉識別器或提示標識獲得信息時，往往更加適應俯視或者平視，而不是仰視。人體在站姿狀態并且保證頭部固定時為俯視，標準視線為水平0°，人的視線在垂直角度時，眼睛的最大轉動角度為30°，視野的最大范圍為70°。站姿狀態下，自然視線低于水平線10°，當人在放松狀態下，站姿和坐姿的自然狀態平均標準為30°和38°，目光最佳轉動范圍為25°～30°，如圖3所示。

四、人臉識別系統的交互行為分析和改進思路

（一）沈陽建筑大學正門人臉識別系統的交互設計分析：從交互設計的角度看，學生以及教職工在出入學校時，人臉識別系統缺乏對用戶的使用行為進行引導，更加缺乏對用戶使用行為的清晰反饋，對于沒有過使用經驗的新用戶來說，大大降低了系統的易用性。由于知識背景和對信息的訴求不同，使人臉識別系統的使用者和其設計師之間產生“認知摩擦”，所以大部分師生只能通過間接的詢問才能獲取信息，從而達到使用者的需求。

通過調研可以發現，用戶在通過人臉識別系統進入校園時，由于缺乏情感交互設計的指導，導致了系統的易用性極低。所以，本節基于用戶的行為邏輯以及尼爾森的狀態可見原則，分別對加強人臉識別系統的前饋和反饋進行改良設計，利用人機工程學的原則來提升人臉識別系統的易用性。

（二）人臉識別器交互設計改進思路

1.人機界面尺寸設計：在設計標識與人臉識別器的尺寸時，可以根據公式α=2arctanH/2L視距和視角之間的關系進行計算。式中：α為視角;L為眼睛到識別器界面的距離，H為界面的高度，如圖4所示。

根據人機工程學中的視野原則，觀看人臉識別器人機界面時最佳視角α在視椎內30°范圍內，水平視線上方15°。因此，可推算出常見的視距與界面邊緣最小值的關系，如表1所示。筆者根據實地測量，將用戶眼睛到人機界面的距離即視距設定為350mm，所以，根據表1將人機界面的高度尺寸設定為190mm。

人機界面中的文字信息是向用戶傳達信息的重要媒介，所以人機界面中的文字尺寸需要根據人機工程學的原則進行設計，而不是主觀的經驗設計。

根據公式D=L/200～250，其中D代表文字尺寸，L為視距，其實200，250是公式常量。將表1中的常用視距350mm代入公式計算可以得出文字尺寸=350/200=1.75mm。所以，人機界面中的文字尺寸最小為1.75mm，由于是重要的提示性文字，筆者將文字尺寸設定為4mm，如圖5所示。

2.人臉識別器安裝高度設計：視距和視角的關系是考慮安裝位置的關鍵要素，視角會影響視距。人臉識別器和提示標識的安裝尺寸應被受人的站姿眼高尺寸所決定。另一方面，視角、標識和人臉識別器的尺寸高度，到地面之間的距離同樣是需要考慮的重要因素。

筆者取第50百分位的男性眼睛水平高度和第50百分位的女性眼睛水平高度的平均值，得到以下計算結果。站姿眼高=眼高均值+修正量≈1579mm。所以，人臉識別器的安裝高度應為1579mm。

3.人臉識別器反饋設計：在用戶通過人臉識別系統離開校園時，人臉識別器的人機界面應該對用戶的行為做出更加清晰直接的文字反饋，更有效地對用戶的下一個行為進行引導。在人機界面中明確給出用戶可以通行的文字表達，加強對用戶行為的反饋，如圖5所示。“請通行”字樣的顏色是根據行為邏輯的原則來進行設計的，綠色代表通行的觀念深入人心，所以將核心反饋語的顏色設定為綠色。

（三）門禁系統交互設計改進思路

1.標識設計：在用戶進入校園時，人臉識別系統應根據用戶的行為邏輯進行交互設計，人臉識別系統需要為新用戶帶來完整的信息前饋，使用戶能夠無意識地認知到應該如何使用人臉識別系統通過門禁，減少新用戶的學習成本。所以，可以像圖6那樣在門禁前的道路上做出對用戶行為具有引導性的標識，在鐵門上安裝簡明的提示牌。

如表2所示，在設計標識與人臉識別器的尺寸時，可以根據公式α=2arctanH/2L視距和視角之間的關系進行計算。所以，為了使用戶在距離門禁系統10m的位置就能注意到提示牌，標志的最小尺寸應該為25cm，由于是重要的提示性標識，筆者將尺寸設定為30cm，如圖6所示。

為了使用戶在距離門禁10m的位置就能注意到文字提示標識，所以根據公式：字符尺寸=視距/250=1000cm/250=4cm。最后將“請注視攝像頭”文字標識的高度尺寸設定為4cm。

2.門禁系統反饋設計：當人臉識別系統成功掃描用戶面部特征，解除門禁以后，設計師應該考慮加強門禁系統對用戶行為的反饋。可以利用①增加攝像頭燈光、②增加大門自動彈開幅度、③聲音提示等手段，使用戶能夠自主意識到門禁已經解除，可以通行。

結語

基于交互設計方法及原則對沈陽建筑大學正門人臉識別系統進行改良設計，不僅能夠彌補沈陽建筑大學正門現有人臉識別系統的缺點，還能夠使沈陽建筑大學正門人臉識別系統比之前更人性化，從而最終達到改進沈陽建筑大學正門人臉識別系統使用效率的根本目的。