產(chǎn)品人機(jī)界面設(shè)計中的相合性研究

喻舒雅 梁艷霞 譚翀楠 許衛(wèi)麗 龔春蘭 朱晨星

摘? 要：人機(jī)界面作為人與產(chǎn)品之間信息交流的一個平臺，在人機(jī)交互中起著越來越重要的作用。而人機(jī)界面中顯示與操縱的相合性在很大程度上決定了產(chǎn)品的易用性。論文通過不同的產(chǎn)品案例，分析人機(jī)界面設(shè)計中的空間相合性、運(yùn)動相合性，以及提高相合性的常用措施。空間相合性指的是在一個顯示面板上，刺激和反應(yīng)元素在物理布局方面的對應(yīng)性。運(yùn)動相合性指的是操作一個控制器所產(chǎn)生的運(yùn)動效果與人們心理預(yù)期的相符程度。研究指出，提高人機(jī)界面相合性的常用措施有形狀編碼、位置編碼、顏色編碼、符號編碼，以及考慮人的生理特征和使用習(xí)慣。

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品? 人機(jī)界面設(shè)計? 空間相合性? 運(yùn)動相合性? 操縱器編碼? 生理特征

中圖分類號：TP311 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（a）-0013-04

Abstract： As a platform for information exchange between people and products， human-machine interface plays a more and more important role in human machine interaction. The compatibility of display and manipulation in human machine interface determines the ease of use to a large extent. Through the case study of HMI design for different products， this paper analyzes the spatial compatibility， the movement compatibility and the common measures to improve compatibility. Spatial compatibility refers to the correspondence of stimulus and response elements in physical layout on a display panel. Motion compatibility refers to the degree of correspondence between the motion effects generated by a controller and people's psychological expectations. It is pointed out that the common measures to improve the compatibility of human-machine interface are： shape coding， position coding， color coding， symbol coding， and taking into account human physiological characteristics and usage habits.

Key Words： Product; Human-machine interface design; Spatial compatibility; Movement compatibility; Manipulator coding; Physiological characteristics

人機(jī)界面簡稱HMI（Human-Machine Interaction），是人與機(jī)器之間傳遞、交換信息的媒介。人機(jī)界面可分為廣義和狹義兩種，廣義的人機(jī)界面是指人機(jī)系統(tǒng)中人和機(jī)器交互過程中的一個介質(zhì)或者層面，即所說的界面。狹義的人機(jī)界面是指計算機(jī)系統(tǒng)中的人機(jī)界面[1]。該文討論廣義的人機(jī)界面。

人機(jī)界面中的相合性指的是產(chǎn)品的顯示器與控制器之間的對應(yīng)關(guān)系與人的心理預(yù)期之間的相符程度，由此來判定產(chǎn)品人機(jī)界面相合性的優(yōu)劣。

從廣義上講，任何為人所使用的產(chǎn)品，在使用過程中均存在著人機(jī)界面，相合性好的人機(jī)界面美觀大方、通俗易懂、操作簡單且具有引導(dǎo)功能，使用戶感覺愉快、增強(qiáng)興趣，從而提高使用效率[2];相反，相合性差的人機(jī)界面，用戶使用起來處處受挫，不僅操作效率降低，有時甚至還會導(dǎo)致不可預(yù)估的嚴(yán)重后果。因此，相合性已成為產(chǎn)品人機(jī)界面設(shè)計中一個不可忽視的重要因素。

1? 相合性概述

根據(jù)人機(jī)界面中顯示器與控制器之間的相互作用不同，可將相合性分為幾大類，其中最常見的有兩大類，即空間相合性和運(yùn)動相合性。

1.1 空間相合性

空間相合性的概念最早是由Fitts和Seeger[3]于1953年提出的。它指的是在一個顯示面板上，刺激和反應(yīng)元素在物理布局方面的對應(yīng)性。當(dāng)刺激和反應(yīng)關(guān)系是直接的和自然的，它被描述為相合的;反之，當(dāng)其關(guān)系是間接的和非自然的，則被描述為不相合的[4]。具體到一個產(chǎn)品界面上，刺激就是控制器的實際操作，反應(yīng)就是顯示器的顯示結(jié)果。

空間相合性方面的一個經(jīng)典研究案例是如圖1所示的燃?xì)庠钌峡刂崎_關(guān)與灶頭之間的布局關(guān)系[5]，研究發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)控制開關(guān)的4種不同布置方式，其反應(yīng)時間和錯誤率是截然不同的，而且，不同國家的人對不同布置方式的偏好也不同，例如：美國人傾向于選擇第Ⅳ種布局，而中國人則更加傾向于選擇第Ⅲ種布局[6]。

空間相合性關(guān)系在產(chǎn)品人機(jī)界面中廣泛存在，例如大到宇航飛機(jī)等各種駕駛艙控制室、中至自動化工廠的控制室以及各種重型裝備如數(shù)控機(jī)床的操作面板、小到日常生活中的各種產(chǎn)品的人機(jī)界面;再如多個開關(guān)與燈（或風(fēng)扇）之間、電梯操作面板與樓層之間、多頭燃?xì)庠睿?頭、6頭、8頭）的開關(guān)與灶頭之間的對應(yīng)關(guān)系，這一切，無不體現(xiàn)出空間相合性的重要性。在如此眾多的顯示器和操縱器中，如何將其一一對應(yīng)起來，使用戶操作起來簡單明了，即體現(xiàn)出空間相合性設(shè)計的重要性。圖2為產(chǎn)品空間相合性的幾個實例。

1.2 運(yùn)動相合性

運(yùn)動相合性的研究始于1947年[7]。它指的是操作一個控制器所產(chǎn)生的運(yùn)動效果與人們心理預(yù)期的相符程度[8]。如圖3所示[9]，當(dāng)操縱器為手柄時，將其向右向上拔動（或者當(dāng)操縱器為旋鈕時，將其順時針旋轉(zhuǎn)），其所對應(yīng)的顯示器指針也對應(yīng)向右向上運(yùn)動，這樣的操縱-顯示關(guān)系即為相合的，否則即為不相合的。

運(yùn)動相合性關(guān)系在產(chǎn)品人機(jī)界面中也是廣泛存在的，例如：電風(fēng)扇開關(guān)與風(fēng)速的對應(yīng)關(guān)系、汽車車窗開關(guān)按鈕（或手柄）與窗戶玻璃的升降關(guān)系，以及游戲機(jī)遙控器與游戲場景的運(yùn)動關(guān)系等（見圖4）。在以上相聯(lián)系的顯示器與控制器中，控制器的操作結(jié)果如何在顯示器中得以體現(xiàn)，它是否符合用戶的心理預(yù)期，則是運(yùn)動相合性的研究要點。

在日常的生產(chǎn)和生活中，存在大量空間和運(yùn)動不相合的人機(jī)界面，如圖2（a）所示的某設(shè)備操作面板，其操縱器與顯示器之間明顯不存在明確的對應(yīng)關(guān)系，實際操作中難免會出現(xiàn)操作反應(yīng)時間變長、錯誤增多，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致生產(chǎn)事故的情況。又如圖4（a）所示的電風(fēng)扇操作旋鈕，順時針旋轉(zhuǎn)該旋鈕，其風(fēng)速是變小的，這并不符合人們的心理預(yù)期，顯然會給人們的操作帶來諸多困擾。由此可知，產(chǎn)品人機(jī)界面中的相合性對于人機(jī)系統(tǒng)的操作效率和失誤率的影響是十分巨大的，因此提高人機(jī)界面相合性就顯得尤為重要。

2? 提高人機(jī)界面設(shè)計的相合性

2.1 對操縱器進(jìn)行編碼

操縱器是將人的信息輸送給機(jī)器，用以調(diào)整、改變機(jī)器狀態(tài)的裝置。在使用多種操縱器的復(fù)雜操作場合，對操縱器進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幋a，是提高系統(tǒng)效率和減少失誤率的一種行之有效的方法[9]。

常用的編碼方法有形狀編碼、位置編碼、顏色編碼和符號編碼。

2.1.1 形狀編碼

形狀編碼，即讓具有不同功能的操縱器具有各自的形狀特征，且其形狀與功能之間要有某種邏輯上的聯(lián)系，從而便于操作者的視覺和觸覺辨認(rèn)。如圖5（a）所示的某遙控器，其上按鈕眾多，為區(qū)分起見，對其不同功能的按鈕設(shè)置了不同的形狀。

2.1.2 位置編碼

位置編碼，即利用安裝位置的不同來區(qū)分操縱器。如果設(shè)計合理，則操作者可在不必注視操作對象的情況下即可進(jìn)行操作。如汽車的油門和剎車、計算機(jī)鍵盤上的各種按鍵，均是按照位置進(jìn)行編碼的，如圖5（b）所示。

2.1.3 顏色編碼

顏色編碼，指的是利用色彩不同來區(qū)分操縱器。由于顏色編碼依賴于視覺，因此其對采光和操作者的視覺能力有一定要求，且色彩種類也不宜過多。如果顏色編碼與其它編碼方式組合使用，則效果更佳。如圖5（c）所示為某數(shù)控機(jī)床操作面板的局部，該面板即采用了顏色編碼與形狀編碼相結(jié)合的方式。

2.1.4 符號編碼

符號編碼指的是利用操縱器上標(biāo)注的文字符號來區(qū)分操縱器。通常，當(dāng)操縱器數(shù)量很多，其他編碼方式又難以區(qū)分時，可在操縱器上標(biāo)上適當(dāng)?shù)姆柣蛭淖忠栽黾臃直嫘ЧＨ缬嬎銠C(jī)鍵盤上的按鍵，每個按鍵上面均有相應(yīng)的符號標(biāo)識。又如圖5（d）所示的電風(fēng)扇控制旋鈕，標(biāo)識了相應(yīng)的文字和符號之后，一目了然，不易出錯。

2.2 考慮人的生理特征和使用習(xí)慣

根據(jù)上述運(yùn)動相合性原理，當(dāng)順時針操作旋鈕時，其對應(yīng)的顯示器數(shù)值應(yīng)隨之相應(yīng)增加，這一原理可應(yīng)用在大多數(shù)的人機(jī)界面設(shè)計中。但也有例外，如圖6所示的燃?xì)庠钚o，當(dāng)逆時針操作該旋鈕時，火力隨之增大，逆時針旋轉(zhuǎn)到90°時，火力達(dá)到最大;90°之后，火力又隨著旋鈕度數(shù)的增大而減小。

究其原因，如此設(shè)計主要還是考慮到了人的生理特征和使用習(xí)慣。由于人群中約90%的人是右利手，即慣用右手者，因此大多數(shù)用戶操作燃?xì)庠钚o時使用右手，而用右手逆時針操作旋鈕時，手是向撓側(cè)偏[9]的，而撓側(cè)偏更符合人的生理特征和使用習(xí)慣。因此，在人機(jī)界面的顯示與操縱的相合性設(shè)計中，考慮人的生理特征和使用習(xí)慣也是一個十分重要的原則。

3? 結(jié)語

人機(jī)界面作為人與產(chǎn)品之間的一個橋梁，在人機(jī)交互中起著越來越重要的作用。而人機(jī)界面中顯示與操縱的相合性在很大程度上反映了產(chǎn)品的人性化程度，決定了產(chǎn)品的易用性。相合性好的人機(jī)界面，用戶在操作過程中可得到與心理預(yù)期相符的反饋，因此將直接提高操作準(zhǔn)確率，降低錯誤率。反之亦然。空間相合性和運(yùn)動相合性在產(chǎn)品人機(jī)界面中廣泛存在，設(shè)計不好的實例比比皆是，從而給用戶操作帶來很大困惑。因此，在人機(jī)界面設(shè)計中，遵循一些原則和措施是十分必要和重要的，只有如此，才會設(shè)計出良好的產(chǎn)品人機(jī)界面，從而帶來更佳的用戶體驗。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李余峰，薛艷敏，張曉輝.基于人機(jī)工程學(xué)的電子設(shè)備人機(jī)界面設(shè)計[J].包裝工程，2011，32（6）：63-66.

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