基于情境認知的博物館大屏交互設計策略研究

謝冰瑤 徐瑤 彭韌

關鍵詞：博物館 大屏顯示 交互設計 情境認知 用戶畫像

引言

現代博物館職能從“收藏導向”轉為“教育導向”[1] ，服務對象由展品轉為觀眾本身，體驗開始成為博物館參觀的關鍵詞。隨著博物館的展示設計理念的轉變，信息傳播的有效性以及對觀眾的適用程度成為衡量博物館價值的標準之一[2] 。為了創建一種交互的、情境化的信息展示方式，博物館積極引入新技術、新設備，以最大化發揮博物館的傳播與教育職能。

在博物館尋求變革的探索過程中，交互展示大屏作為博物館中應用廣泛且具有典型代表性的多媒體展示形態，依托于不斷發展的多媒體展示技術與感知計算技術，為觀眾創造了更加多樣化的信息傳遞方式。但是在實際運用中，大屏展示交互往往無法滿足博物館復雜觀眾群體的需求，導致用戶參與度低、信息傳播效率低等問題。本文以情境認知理論為基礎，探討如何從不同類型的觀眾的認知特點出發，更好地利用技術構建人機交互中的動態交互機制。

一、博物館交互大屏與情境認知

（一）博物館多媒體大屏發展現狀

博物館中的多媒體技術是指運用計算機技術對文本、數據、影像、聲音等多媒體內容進行多樣化呈現的技術。博物館運用靈活先進的多媒體技術手段，通過交互設計將觀眾與展示內容連接，為觀眾創造了生動富有趣味的交互情境[3] ，增加觀眾的參與性與信息傳達效率。

博物館多媒體交互大屏指對角線尺寸在40英寸以上的屏幕，按功能分有導覽型大屏和展示型大屏兩種，按照使用狀態分有墻面垂直式、桌面式、地毯式等類型[4] 。本文研究對象指最常見的墻面垂直式展示型大屏。和普通尺寸的顯示設備相比，大屏為觀眾提供了沉浸式的交互空間、更加豐富的展示內容、更多維的互動方式，例如多點觸摸、語音交互、手勢與體感動作識別、增強現實等。

近年來越來越多的博物館積極探索交互大屏在博物館展示中的應用，例如美國克利夫蘭藝術博物館（Cleveland Museum of Art），在這所被譽為藝術與科技最完美結合體的博物館中，設置了多種多樣的交互大屏（如圖1），其中12.2米長的互動觸摸屏，不僅生動展示了藏品信息，還能直接將圖片傳送到觀眾手機中定制個性化參觀路線，此館中還設置了多種以藝術體驗為主的體感互動屏幕。雖然博物館大屏已經得到了廣泛的實踐與應用，但是仍然存在很多交互體驗問題。在博物館這樣特殊的學習環境中，關于如何結合觀眾多樣化的認知與需求，以提供個性化參觀體驗，目前還未有系統性大屏交互策略。

（二）情境認知理論

情境認知（Situated Cognition）是認知學習理論的重要組成部分，關注用戶的認知與學習的過程。情景認知理論認為，學習者是信息的主動加工者，環境是其促進者與引導者，知識的獲取是一種動態的建構與組織過程，是通過個體與環境交互作用中不斷協調與適應完成的[5] 。大量觀眾研究證實，觀眾參觀博物館主要動機之一是“學習”，在博物館這樣非正式的學習環境中，觀眾在與大屏交互的過程中也在進行著非正式的學習認知過程。因此本文從情境認知理論出發，探討如何利用多媒體展示交互設備提升知識傳播效率，積極創造有利于觀眾學習的條件，激發觀眾興趣。

二、基于情境認知的大屏交互框架

（一）博物館大屏交互問題分析

為了更好引入情境認知理論來建立交互框架，筆者通過對杭州、上海多家博物館的實地調研，就目前國內博物館大屏普遍存在的用戶參與度低、用戶體驗不佳等問題總結為以下三方面：

1.過分強調娛樂性、技術性而削弱了交互展示目的。藝術表現形式、技術運用與展示內容脫節。很多博物館出現了“為展示而展示”的多媒體大屏，技術并沒有真正為用戶需求而服務。例如大屏以視覺形式的刺激吸引觀眾，但觀眾到屏幕前卻無法感知到下一步操作的指示，只能進行隨機地點擊，發現屏幕反饋并不符合預期，于是稍微操作幾下就離開。交互大屏只注重堆疊展示技術，卻沒有為觀眾提供合適的引導支撐，觀眾在沒有安全感和信任感的環境下是很難進行沉浸式交互探索的。

2.單一模式化設計，面向對象模糊。大屏以技術為中心，交互方式模式化。博物館的觀眾群體復雜多樣，觀眾對于展示領域的知識了解程度以及對于大屏交互的接受度都不同。若對于所有觀眾都呈現單一的反饋方式，很容易造成部分用戶的認知模式與之不匹配，使得用戶體驗不滿意或受挫，破壞了用戶參與熱情。除此之外，在大屏交互情境中還需要考慮互動用戶的數量，當出現多人同時操作的情況時，一方面容易引發大屏識別的不準確，另一方面也會影響個人交互體驗。因此亟需提出設計策略以適配不同用戶群體的需求。

3.大屏展示與交互效率普遍較低。由于交互大屏尺寸相較與普通屏幕顯示面積更大，若設計不當容易增加用戶的認知負荷。認知負荷分為兩種，內部認知由材料的復雜程度決定，外部認知負荷取決于材料的組織與呈現方式。若是沒有合理設計展示內容的布局方式，在初期用戶對大屏內容進行認知的時候，可能會有更長的搜尋以及判斷時間。在瀏覽操作屏幕時，如果視線流與操作流不匹配，用戶甚至需要去不斷調整自己與屏幕的角度與距離（如圖2），導致操作效率低、操作疲憊、用戶的集中度下降。

（二）基于情境認知的博物館大屏交互框架

以上所暴露出的博物館大屏交互問題，突顯出在博物館這樣較為特殊的公共學習場所中，用戶的參觀與互動都具有偶然性與臨時性，但是與大屏交互有一定學習成本。很多時候用戶在接收到大屏展示信息之后，對于信息處理方法以及如何進行行為反饋都會缺少經驗，從而遇到挫敗感、降低參與興趣。博物館大屏更需要以用戶與環境的真實情境來設計展示與交互方式。

本文從情景認知理論出發，對用戶與大屏的交互情境進行重構，建立了基于情境認知理論的動態交互框架（如圖3）。在情境認知理論中，“信息處理方法”與“行為方法”兩個方向都已有比較成熟的模型[6] 。其中“信息處理方法”通常用 “三級模型”來闡述，三級模型分為三個階段，從感知到解釋再到預測規劃，信息處理層級從低級到高級發展。以此為基礎，將用戶與大屏交互過程分為三級：1.第一級情境獲取，用戶對大屏系統呈現的內容與形式進行感知，這一部分不僅指用戶對于大屏上展示元素的感知，也包括對于自身身體與大屏空間位置關系的感知;2.第二級情境解釋，用戶憑借自身的經驗、認知機制對感知到的內容進行建構詮釋，將雜亂無章的內容形成完整的理解和判斷;3. 第三級情境反饋與預測，用戶根據前期的理解進行動作輸入并且預測屏幕給出的反饋。三級模型由此構成了動態交互系統中用戶情境的組成部分。

情境認知理論中關于“行為方法”的模型則是建立了人與環境之間的動態交互，從上文總結的問題中我們可以發現，由于不同觀眾的感知力、認知基礎以及操作的熟悉程度都不同，如果系統只給予千篇一律模式化的反饋，很容易使得部分用戶在感知、建構以及行為預測階段受阻。因此需要構建相對應的大屏系統的動態反饋模型，以組成完整的大屏交互框架。大屏系統并非單一向用戶輸出信息，而是在理解用戶行為后對用戶特征進行判斷和預測，再做出合適的反饋和引導，以修正用戶對交互情境的認知，相輔相成，促進了信息獲取的效率。

三、博物館大屏交互優化策略

在情境認知動態交互框架中，用戶的信息處理與大屏的信息反饋共同構成了一個動態的循環。為了更好地促進用戶參與到與大屏的有效交互中，提出以下策略：一方面從用戶情境切入，通過構建個性化的用戶畫像，幫助大屏系統更好理解不同用戶的訴求;另一方面從系統情境切入，基于大屏本身特性，構建隱喻的交互方式，促進觀眾對于整個交互系統的正向認知與自然互動。

（一）用戶情境優化策略

1.博物館用戶畫像概念。用戶畫像概念最早由Alan Cooper在《交互設計精髓》中提出，指通過分析用戶行為、認知等數據，生成用戶標簽化原型的方法。在博物館觀眾相關研究中將觀眾身份定義為“參觀博物館時的特定角色”[7] 。這個特定角色由靜態數據和動態數據組成，靜態數據指的是用戶的個人背景、經驗、認知與興趣數據，獲取方式可以通過在用戶網上/實地訂票時錄入，以此記錄用戶的性別、年齡、教育背景、職業、愛好信息以及一些自定義標簽。動態數據是用戶在博物館中實際參觀過程中實時具體行為產生的數據，包括參觀行為、參觀路徑等，獲取維度主要是用戶參觀路徑以及當用戶與大屏交互時的距離、姿態甚至面部情緒，以此分析用戶參觀動機與認知方式，甚至當前疲勞度。

2. 優化策略：構建個性化用戶畫像。未來博物館需要采取適合個人的設計而非展示通用的信息，通過預測觀眾的反應以創造個性化的獨特體驗[8] 。這也就要求博物館通過更自然的技術獲取用戶的靜態數據與動態數據，通過大數據技術來構建博物館觀眾特定角色的“個性化用戶畫像”[9] ，分析用戶行為，針對行為特征，采取不同的交互方式來引導，以激發用戶參與到有效的交互中（如圖4）。

（1）分析用戶行為。分析用戶行為首先需要采集人體行為數據，在博物館中常見的采集技術方式有：①追蹤用戶空間位置：通過射頻RFID標簽或者移動手持設備技術來實現非常低功耗高精度的定位;②記錄用戶行為數據：利用環境中的傳感器或者深度攝像頭進行識別;③識別用戶情緒反饋：利用面部識別等計算機視覺技術采集用戶情緒等。例如英國DLI達勒姆輕裝步兵博物館通過紅外高清攝像機來實時獲取觀眾的參觀行為、識別觀眾面部特征，以此了解觀眾參觀情況，并引導他們到感興趣的展區。荷蘭的ICER博物館使用生物識別技術來為觀眾定制個性化博物館體驗。杜克大學納舍爾藝術博物館則用眼球追蹤眼鏡從觀眾的互動中收集數據[8] 。

（2）定位用戶畫像。基于獲取的用戶數據，通過數據標簽的方式對數據深度分析與挖掘。首先可以根據用戶的靜態數據判定用戶類型，不同類型的用戶有比較特征性的偏好，例如青少年觀眾容易被新奇事物吸引，樂于投入大屏的互動體驗中，專家學者會更注重大屏本身展示內容的知識性以及不被打擾的個人空間。基于過往博物館觀眾研究中對于不同類型參觀者（男性/女性、團體/個人、普通觀眾/專家、成年人/青少年）行為模式的研究作為依據構建一個初步的用戶偏好畫像[10] 。

但是觀眾在博物館中畫像并不是固定不變的，而是根據實時參觀學習狀態有一個動態變化的過程，這需要我們對用戶的潛在性、趨勢性進行判斷[11] 。更精準的動態畫像獲取一方面可以通過記錄用戶來大屏之前的參觀路徑來判斷用戶參觀策略、學習偏好甚至疲勞程度，另一方面通過觀眾與大屏交互時的位置距離/身體姿態/面部情緒來判斷用戶參與傾向性的程度。例如有相關研究通過用戶與大屏的距離遠近分析用戶的參與投入程度[13] ，將用戶分為未參與者（用戶遠離屏幕）、過客（用戶走進屏幕，意識到屏幕的可交互性）、參與者（近距離短暫停留查看，僅停留于淺層次互動階段，非常容易中途放棄）和投入者（近距離，用戶積極主動與大屏交互，獲取信息效率高）。將構建的用戶模型應用于實踐后，可以通過大數據不斷修正迭代模型。

（二）系統情境優化策略

1.隱喻與自然交互。隱喻通過象征、類比等方式將虛擬的概念具象化，將物理世界中的認知作為參照，幫助用戶快速學習理解與系統交互的操作方式以及理解預測系統的反饋形式[12] 。根據美國學者萊考夫和約翰遜在《Metaphors We Live By》（《我們賴以生存的隱喻》）書中總結，隱喻被分為實體隱喻、結構隱喻和方位隱喻。實體隱喻指的是將抽象的概念與物理實體相聯系，結構隱喻指利用熟悉的組織結構來實現對新的組織結構層級的認知，方位隱喻指通過對空間中方向和位置的感知。通過隱喻來建立博物館大屏的自然交互方式，盡量讓符合用戶感知的操作方式與大屏提供的交互方式相匹配。

根據大屏本身的特性，大屏可以充分融合多種自然交互技術，例如觸摸交互、語音交互、手勢交互、體感交互、眼動交互等，面向不同的觀眾以及觀眾變化的需求調整最舒適的展示與交互方式。

2. 優化策略：創建自然多維度交互。在分析用戶行為，定位用戶畫像之后，需要觸發用戶的探索興趣，使用隱喻的方式輕輕推動用戶選擇，讓用戶能在探索中逐漸發現微妙互動的意義樂趣，逐漸掌握與大屏互動的交互機制（如圖5）。

（1）引發探索興趣。根據注意捕獲理論，人的注意力吸引主要分為內源性注意與外源性注意。內源性注意是用戶目標導向，外源性注意是刺激驅動。基于此我們可以根據用戶的動態畫像來激發針對性的交互策略。

當系統監測到觀眾在大屏前停留了一會兒，但還未與大屏進行交互。此時大屏根據用戶的類型、用戶與屏幕的距離、動作趨勢甚至用戶表情等維度標簽，通過以下策略激發觀眾的外源性注意：1.視覺刺激引導，通過色彩或者動效突出展示可以交互的按鈕;2內容展示引導，為觀眾展示一些輪播信息，吸引觀眾興趣;3. 身體感知引導，通過身體輪廓在屏幕上的映射，讓用戶感受到身體在虛擬場景中互動。若刺激與觀眾認知相匹配，即可調動觀眾的參與積極性，吸引觀眾進入更深層次的互動狀態。

當觀眾開始與屏幕進行交互操作時，此時觀眾已有更明確的搜尋目標，觀眾的內源性注意被激發，即可針對觀眾感興趣的內容提供更精細、更敏捷交互操作方式，方便用戶深入探索。不斷激發用戶的興趣點與探索欲望，這是一個循序漸進的過程。

（2）隱喻手法引入。結合隱喻交互方式，為博物館多人空間中大屏的復雜信息展示，建立自然交互與動態布局策略。

①根據用戶與大屏的距離與方向調整展示效果與互動方式。當用戶已經參與到大屏交互中，當用戶與大屏的空間位置關系的變化時，大屏需要構建對應的交互反饋，一方面需要考慮到用戶視線流與操作流，為提供用戶合適的視覺表現與負載，例如遠處更適合體感或手勢控制，近距離則適合更加敏捷的交互方式，視覺展示形式也需要重新組織;另一方面需要捕捉到用戶距離改變的方向與結構隱喻，根據相關研究，用戶與大屏的距離遠距離與近距離隱喻信息層級上的聚合與打開[13] ，例如用戶退一步可以看到概述信息，用戶進一步可以看到更加細節的呈現（如圖6）。由于不同用戶隱喻認知基礎不同，為了更好地支持這種自然的身體交互方式，需要為用戶提供合適的反饋和引導。②對用戶感興趣區域的突出展示。根據用戶頭部方向以及面部情緒的精細識別，大屏可以獲取感性用戶感興趣的區域，從而對焦屏幕某一部分內容，并以興趣領域為中心區域再做展示的動態整合適應（如圖7），興趣區域適當放大，內部文字圖片布局結構同時也做出適配調整。③針對多人交互的場景動態布局。用戶的不同參與方式，系統也能根據用戶的位置關系，進行最適合的展示[14] ，使得每個用戶都能在大屏交互中舒適、獨立、高效地獲取信息（如圖8）。當兩個用戶同時操作時，兩個用戶操作區與感應區域適配性放大，無關信息縮小;當某個用戶操作，周圍有用戶觀看時，屏幕展示區域調整到在不影響用戶操作時可以滿足其他用戶駐足查看的位置。

除此之外屏幕的動態布局的變化需要給予用戶足夠的提示，根據用戶本身的肢體動作，屏幕可以做出相應的映射反饋，使得視覺焦點形成連貫的視覺引導路徑，引導用戶的界面操作，從而創造自然流程的體驗。同時在用戶操作前給予提示，操作后反饋，這些反饋可以增強以建立用戶的控制感與信任感。

總結

隨著感知計算技術的發展與自然交互概念的提出，博物館致力于使用多媒體交互技術提升觀眾參與度與信息傳達效率。本文基于情境認知理論，創新了一種動態的情境認知交互框架，能較為明確地指出在博物館情境下用戶與大屏交互所需要考慮的維度。從“分析用戶行為-定位用戶畫像-引發探索興趣-隱喻手法引入”路徑出發構建更為具體交互設計指導策略，一方面是從用戶情境入手，結合用戶認知背景制定動態用戶畫像，另一方面是從系統情境入手，結合大屏自身特性創建自然多維度交互方式。本文為博物館多媒體交互設計提供了新思路，但在實際實踐中，需要結合大屏實際的展示內容以及展館內用戶情況落實到更細節的交互設計方式，并通過用戶研究使其具有更好的適用性與拓展性。