交互式燈具設計中的互動體驗研究

劉馨元

摘要：交互設計在現代生活中得到了越來越廣泛的應用。近年來，LED照明產品正在快速實現對傳統照明設備的替代，全球LED照明產品滲透率提升拉動照明產品銷量保持高速增長。隨著物聯網、人工智能等新技術的普及，照明產品也在快速走向智能化。本文介紹了一種利用人肢體動作的變化，通過手環的方式識別控制燈光的方法，使燈具設計成為一個不僅滿足于單一照明功能的設計。包括以下步驟：人在手腕處帶上手環，當有舞蹈或健身動作時，手環上的加速度傳感器采集加速信號并發送給單片機，從而控制燈光變化，改變其照度、發光面積以及整體形態。為喜愛跳舞或健身運動的人群增添趣味，在運動中獲得快樂。

關鍵詞：互動燈具;手環;肢體動作

一、交互設計概述

1.1情感交互設計

情感化是交互設計發展到高級階段后的孕育出的一種設計理念，它致力于滿足用戶情感需求 ?。著名認知心理學家唐納德·諾曼認為情感是人對互動中是否滿足自己的需要而產生的態度體驗，并將其分為本能層、行為層和反思層（見圖 2-1）。所以，設計要滿足情感的某一層次或所有層次，正如諾曼所說：“產品必須是吸引人的，令人快樂和有趣的，有效的和可理解的”。這種理念之下的設計甚至可能弱化產品本身的使用功能，而只關注用戶體驗的獲得，這是傳統設計理念所無法想象的。和交互設計的起源類似，“情感交互”的產生同樣也和計算機科學關系密切，這一理念最早出現在上世紀末期——計算機技術突飛猛進時期，可穿戴電子設備就是在這一理念影響下開始進入研發。由此可見，情感交互理念與技術創新相輔相成。

1.2交互設計原則

被譽為可用性測試鼻祖——雅各布·尼爾森博士提出的交互十原則分別是：狀態可見、環境貼切、用戶可控、一致性原則、防錯、人性化幫助、容錯、優美簡約、靈活高效、易用。這十原則為設計師解答了“用戶與產品的交互是通過什么形式實現地”、“產品如何處理用戶遇到的問題”、“產品如何做才可以易用、易于理解”等問題。（圖2-2）

1.3交互方式分析

多個實體交互的應用往往能提高用戶對一樣產品的滿意度。實體交互方式有以下四個特征（ 表2-3 ）：1.有形物質性;2.身體所體現的互動作用;3.數據的物理表現形式;4.嵌入在物理空間，并拓展物理空間。實體交互方式各個特征相互關聯，為智能產品開拓了更大的設計空間。實體操作性， 通常指物與人的身體直接接觸或間接感知所產生的交互;空間互動性，事實上是指物在空間移動或扭 曲等運動所產生的交互 ;體現便利性，突出物和空間的相互影響 ，可表現為無處不在的狀態，正是這種便利性，往往舒適度和自然度是需要著重考慮分析的。

二、姿態檢測技術

在過去的人機互動中，大多數注重提高效率，而忽略了人與產品之間的互動關系。隨著科技的進步，電腦與人的互動不再局限于鍵盤和鼠標，以互動燈光表演系統為例，可以通過動作捕捉的方式和手勢姿態的變化做輸入來源，從而改變舞臺燈光的變化，呈現出不同的舞臺效果。

2.1視覺性姿態偵測

基于視覺的動作捕捉依照工作原理可以分為“標記”和“無標記”類型。有標記類型的視覺系統，被攝體需穿著特別設計的套裝，套裝上充滿著反射體，反射體會安裝在關節部位以利用攝影在三維空間捕捉到動作，最后計算出被攝體的三維坐標。這樣的系統得到好萊塢電影公司和游戲工作室的青睞。使用這樣的系統主要特點是能夠捕捉到武術、雜技、舞蹈、體操等快速的動作，但是這樣的系統非常昂貴，且需要擁有專業技術的人員方可操作。因此，無法在大眾群體內普遍應用。例如：微軟推出的Kinect，一款配有3D深度攝影機的體感感測器，可用于捕捉使用者的肢體動作與人體骨架。然而Kinect因工作范圍有限極易受到環境光干擾，因此無法用于傳統舞臺的大型演出。

2.2非視覺性姿態偵測

近年來，鍵盤和鼠標等傳統輸入設備正在逐漸失傳由于缺乏靈活性和自由度而使受歡迎的程度下降。相比傳統的圓形用戶界面，自然人機界面的啟用藉由人們的共同行為，如手勢、聲音、面部表情、眼球運動等，因此自然人機界面得到了發展，開發人員制作了各式各樣的由自然人機界面改善用戶體驗的嘗試。如今自然人機界面逐漸成為當代人機互動重要的組成部分。這樣的界面可以讓人們選擇更自然且知覺的方式進行互動，像是以聲音、肢體動作、手勢及慣性。在這樣的自然人機界面互動則以穿戴式更占有價格上的優勢。穿戴裝置是應用現有的科技開發出微軟輕便化的裝置，使其可以穿戴在人的身上，以采取如生理資訊等相關資訊，然后經由有線或無線的通訊方式把資料傳遞到電腦運算再把結果反饋到個人行動裝置上。

三、燈具設計中的行為互動

照明設計方式可以分為“按鍵式”、“拆裝式”、“感應式”三個類別。這三個類別都可以觸發多種交互方式的行為。本文重點研究“感應式”照明設計。

3.1手環控制燈具的技術處理

（1）手環靜止時為休眠狀態，當有手勢動作時，手環上的加速度傳感器會通知單片機。

（2）單片機接收到信號后，首先判斷是否為低電量模式，如果為低電量模式，手環繼續處于休眠狀態或提示充電，若否，則預處理相應的數據，將手勢數據正確的截取出來。

（3）提取肢體動作的特征后，將其與參考模型進行對比，并作出動作識別，及時得出最終的肢體動作數據。

（4）手環連接方式為藍牙連接，藍牙技術受益于其智能、低功耗、高連接速度等特性。智能照明作為智能家居的重要組成部分，在智慧城市和智能家居的雙驅動力之下進入了全新的發展階段，給傳統的LED照明行業帶來翻天覆地的改變。傳統的藍牙廣播光控系統基本上都是通過遙控器或手機APP進行操作控制，加入智能手環設備，帶來的將是極富趣味性與想象力的家居生活，也可以拜托傳統的遙控器控制方式。

3.2燈具設計中的情感互動

燈光是演出幕后的主角，有它的存在，觀眾才可以看到一個精彩的表演，本文主要研究小型演出或家居錄視頻類型的互動燈。燈光一開始只是提供照明，讓表演可以在室內或者晚上可以演出。隨著電腦科技的進步，使得光線運用的好壞直接影響了演出的成敗。一個完整的設計從造型、色彩、功能、材質等方面，都可以讓人產生意象的聯想，通過意象的聯想，可以將使用者的思維方式、生活體驗、個人情感等因素關聯起來，達到一種觸類旁通的效果 。對于不同的圖案認知方式，點狀結構的DIY所組成的圖案會有比較大的差異，系統學習過圖案構成的人所組成的圖形，會更加注意點元素的視覺指引作用，利用排列、對比、交錯和重疊等手法，形成各種形狀和有節奏的韻律感。例如日本藝術家草間彌生的創作，都是以點為基本元素進行創作，具有強烈的視覺風格。點狀元素又是組成視覺圖案的基本元素，因此，沒有特別經過設計訓練的人所組成的圖案所包括的內容也可以是提示數字，字符，也可以是簡單圖形和對稱圖形，在兒童玩具中經常使用類似的點元素的圖案親子互動，開發智力、動手能力和對圖形的想象能力 。對于單體的點光源，假設每一個點都可能出現全亮、全滅或弱光三種情況。假設最終有N個點光源，會產生3的N次方變化圖案的可能。例如有兩個點光源，就有32=9種圖案。以此類推，當光源點達到9的時候，會產生39=19683圖案的變化。此外，改變燈光強弱程度或燈色，可以在有限的空間里充分發揮自己的想象力構成不同的光圖案。因此，深層次的情感互動使產品兼具實用性與延時性，可以增加產品對人的吸引力。