智能手機解鎖功能交互設(shè)計研究

摘" 要：隨著通信技術(shù)和人機交互技術(shù)的發(fā)展，用戶解鎖智能手機的交互方式也在演變。為提高用戶解鎖智能手機的人機交互體驗，該文從3個情感化設(shè)計理論層次提出設(shè)計要點，以人臉識別和指紋解鎖為例進行流程分析?？偨Y(jié)智能手機解鎖功能在技術(shù)上和交互方式上存在的問題，針對問題提出相應(yīng)設(shè)計方案。研究分析可為智能手機解鎖功能的設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：智能手機；解鎖功能；人機交互；人臉識別；用戶體驗

中圖分類號：TN929.53" " " 文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）21-0121-04

Abstract： With the development of communication technology and human-computer interaction technology， the interactive way for users to unlock smart phones is also evolving. In order to improve the user's human-computer interaction experience in unlocking smart phones， this paper proposes design points from three levels of emotional design theory， and analyzes the process by taking face recognition and fingerprint unlocking as examples. This paper summarizes the technical and interactive problems of smartphone unlock function and puts forward the corresponding design scheme. The research analysis can provide reference for the design of smartphone unlock function.

Keywords： smartphone; unlock function; human-computer interaction; face recognition; user experience

智能手機解鎖功能作為一種重要的人機交互方式，其設(shè)計在很大程度上影響著人機交流與互動效率。目前國內(nèi)外的發(fā)展主要基于生物特征對解鎖功能進行開發(fā)研究[1]，近年來在相關(guān)領(lǐng)域取得新突破，如人臉識別技術(shù)在新型冠狀病毒感染疫情時期的發(fā)展與迭代[2-3]，多模態(tài)生物特征結(jié)合的解鎖趨勢等[4]。但目前此類相關(guān)研究大多基于技術(shù)層面提升用戶體驗，而缺乏對于人機交互層面的注重，在人機交互流程上存在一定提升空間。

1" 智能手機解鎖上的情感化因素

情感化因素帶給用戶豐富的體驗感受。見表1，情感化設(shè)計包括本能、行為及反思3個層次理論。

1.1" 基于本能層面的情感化分析

本能是最直接的處理層面，也叫感官體驗層。為本能反應(yīng)而設(shè)計，即為用戶初次解鎖智能手機屏幕時的感受而設(shè)計，此時用戶尚未與智能手機進一步交互。用戶體驗不僅與屏幕的美學(xué)設(shè)計相關(guān)，人機交互帶給用戶的直觀感受也十分重要。依據(jù)席克定律[5]，當(dāng)用戶面臨的選擇越多，所需要做出決定的時間就越長，故過多的頁面組件會增加選擇的多樣性，延長用戶的解鎖決策時間。因此，設(shè)計應(yīng)盡量做到輕量化，理清頁面組件層級，按需分配組件所占空間，減少與解鎖功能無關(guān)的組件。

1.2" 基于行為層面的情感化分析

行為是處理的中間階段，行為層的設(shè)計以用戶研究為出發(fā)點。提供視覺、觸覺互動和即時的反饋可以讓用戶在解鎖屏幕時感受到可用性與實用性。如解鎖失敗時，可以通過震動、動效等效果告知用戶，在使用常用解鎖方式不便，需要基礎(chǔ)解鎖方式替代的特定情形下，需要對用戶進行引導(dǎo)，減少用戶在解鎖屏幕時的負(fù)擔(dān)。

1.3" 基于反思層面的情感化分析

反思是較為間接的處理過程，反思層面體現(xiàn)的是用戶的體驗記憶、個人滿意度及自我感受。反思層面很好地遵循了用戶的心智模型，準(zhǔn)確反映用戶的意識及情緒，描述了智能手機解鎖功能的智能性和合理性，如具有學(xué)習(xí)、記憶和自動存儲功能的人臉解鎖系統(tǒng)，在不斷識別用戶人臉的過程中，獲取并更新用戶的臉部信息并儲存在手機系統(tǒng)中，不斷提升人機交互體驗，建立智能手機與用戶之間的橋梁，引起用戶在情感上的反饋與共鳴。

2" 智能手機解鎖的現(xiàn)狀及問題

以目前市場上應(yīng)用較為廣泛的人臉識別和指紋識別2種解鎖方式為例，分析用戶解鎖智能手機的整體流程，如圖1所示。對于大多數(shù)智能手機的解鎖功能來說，人臉或指紋識別是第一步，識別正確則解鎖成功。如果識別錯誤，會出現(xiàn)失敗提示，用戶根據(jù)其具體情境選擇是繼續(xù)嘗試人臉或指紋識別還是轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖，如果多次嘗試人臉或指紋均解鎖失敗，系統(tǒng)會強制彈出密碼解鎖框使用戶進行解鎖。

根據(jù)圖1的流程圖，主要存在以下2個環(huán)節(jié)對解鎖流程的順暢性產(chǎn)生影響，一是技術(shù)識別環(huán)節(jié)，若該關(guān)鍵節(jié)點出現(xiàn)識別失敗的情況，會引發(fā)一系列再次解鎖嘗試與驗證的流程；二是失敗提示環(huán)節(jié)，若解鎖失敗后的反饋提示與引導(dǎo)較弱，可能導(dǎo)致用戶反復(fù)解鎖失敗。故存在以下2個痛點，一是技術(shù)識別準(zhǔn)確率，二是解鎖反饋提示與引導(dǎo)。

2.1" 技術(shù)識別準(zhǔn)確率

2.1.1" 人臉識別解鎖技術(shù)

人臉識別的技術(shù)流程主要由人臉圖像的采集與預(yù)處理、人臉檢測、人臉特征提取、活體檢測和識別匹配5個部分組成[6]，如圖2所示。

1）人臉圖像的采集與預(yù)處理指系統(tǒng)采集到人臉圖像后，對圖像雜質(zhì)進行過濾、將圖像切割并旋轉(zhuǎn)到適當(dāng)角度，最后進行降噪與放縮。

2）人臉檢測基于深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，將圖像掃描并檢索后映射到系統(tǒng)中。

3）人臉特征提取指對眼角、眉間、鼻尖、嘴角及面部輪廓等部位進行特征表示。經(jīng)過一系列表示與處理后可以得到人臉基本構(gòu)成的HOG形式圖像[7]，如圖3所示。

4）活體檢測用于判斷手機識別系統(tǒng)所捕捉到的人臉是否真實。

5）識別匹配指將目標(biāo)人臉與數(shù)據(jù)庫中的人臉圖像進行部位特征點的對比，判斷其是否為數(shù)據(jù)庫中存儲的用戶。

就上述人臉識別流程進行分析，在特殊場景之下，例如人臉與手機之間存在口罩、面罩等，遮擋物的存在影響著圖像檢索后的映射效果，導(dǎo)致人臉特征關(guān)鍵點定位及HOG形式圖像的缺失與錯亂；又如人臉與手機距離過近而導(dǎo)致的大姿態(tài)人臉，不僅影響圖像采集及雜質(zhì)過濾，還可能出現(xiàn)部分特征點比例失調(diào)或缺失等問題，導(dǎo)致解鎖失敗。

2.1.2" 指紋識別解鎖技術(shù)

指紋識別技術(shù)步驟包括：圖像采集、圖像預(yù)處理、特征提取和指紋匹配[8]，如圖4所示。

1）圖像采集指手機指紋傳感器對用戶指紋信息進行快速識別。

2）圖像預(yù)處理指對指紋圖像進行分割、增強及細(xì)化，處理后的指紋圖像紋路和特征點清晰平滑。

3）特征提取指用紋線上的若干區(qū)域點位對整體圖像紋路進行表示。

4）指紋匹配指將采集的指紋與儲存在系統(tǒng)中的指紋進行特征點的定位與配準(zhǔn)。

就上述指紋識別解鎖流程進行分析，例如手指上存在水漬或其他污物，會影響采集的指紋圖像質(zhì)量及指紋紋路與特征點的清晰度，導(dǎo)致紋線上區(qū)域點的提取模糊，出現(xiàn)解鎖失敗；又如手指受力區(qū)域面積較小、手指方向及按壓位置的偏移等，會導(dǎo)致指紋紋線上的若干區(qū)域點殘缺或缺失，導(dǎo)致指紋匹配失敗[9]。

2.2" 反饋提示與引導(dǎo)

目前市面上的智能手機在技術(shù)識別解鎖失敗時，大多采取文本提示、手機震動、界面動效等形式提示用戶。在提示的文本方面，目前市面上的手機提示的內(nèi)容大多為“匹配失敗”，如圖5所示。這類文本信息密度低，僅起到通知用戶解鎖失敗的功能，并沒有引導(dǎo)用戶成功解鎖。用戶缺乏調(diào)整的方向，因而在多數(shù)情況下會選擇繼續(xù)按照原先解鎖方式再次嘗試，但仍存在較大失敗的可能性。

用戶解鎖失敗后，面臨著2個選擇，一是繼續(xù)嘗試人臉或指紋解鎖，二是轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖。對于各類特殊場景來說，用戶解鎖失敗后，意識到繼續(xù)嘗試解鎖的成功率并不高，這意味著用戶有很大概率會轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖，而市面上部分智能手機對于用戶轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖的引導(dǎo)并不明顯，用戶在轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖時，需要思考并尋找進入密碼解鎖界面的方式，在缺乏引導(dǎo)的情況下會進行操作上的嘗試，例如上劃屏幕或左劃屏幕，這使用戶陷入思考，增加了不必要的使用時間。

3" 智能手機解鎖功能的設(shè)計改良策略

3.1" 提高技術(shù)識別準(zhǔn)確性

3.1.1" 人臉深度學(xué)習(xí)技術(shù)

人工智能學(xué)習(xí)性的應(yīng)用能夠提高解鎖效率。在用戶使用人臉識別解鎖失敗而轉(zhuǎn)向密碼解鎖成功后，擁有學(xué)習(xí)性的系統(tǒng)能夠進行判斷：是客觀的人臉識別技術(shù)原因還是用戶的主觀因素導(dǎo)致解鎖失敗。系統(tǒng)會對時下識別失敗的目標(biāo)人臉進行分析，若與系統(tǒng)預(yù)存的人臉信息匹配度較高，但存在某一環(huán)節(jié)導(dǎo)致解鎖失敗，例如部分遮擋物使臉部關(guān)鍵點定位缺失，系統(tǒng)可以提取、記錄并儲存人臉未被遮擋部分的特征點。若多次出現(xiàn)該種情況，系統(tǒng)會根據(jù)這些儲存在手機系統(tǒng)的特征點，對原有人臉特征點進行強化、補充、修改，實現(xiàn)即使在部分特征點缺失的情況下，也能解鎖成功，增強解鎖功能的實用性與智能性，優(yōu)化了在行為、反思層面的情感化體驗。

3.1.2" 多點指紋識別技術(shù)

目前市面上采取指紋解鎖的智能手機，識別區(qū)域多以屏下、背面或側(cè)邊為主，自定義程度并不高，需要用戶自行尋找解鎖位置，使得解鎖時間增加，且容易因手指方向及按壓位置變化而導(dǎo)致解鎖失敗。近年來國內(nèi)屏幕廠商天馬提出的一項LCD屏內(nèi)多點指紋識別方案使之成為可能，實現(xiàn)了“全屏多點”[10]的指紋識別。在形式上改變了以往智能手機指紋解鎖的交互方式，解決了因手指按壓位置偏移導(dǎo)致解鎖失敗的問題，解鎖的識別成功率與用戶的滿意度也隨之提升，帶來更加流暢的交互體驗。

3.2" 增強對用戶的提示與引導(dǎo)

使用人臉識別或指紋解鎖失敗后，手機對用戶的提示分為有效通知和無效通知2種，如圖6所示。對于無效通知來說，用戶并不清楚解鎖失敗的原因，會因此將問題歸咎于手機，在多次解鎖失敗后轉(zhuǎn)向使用密碼解鎖。而有效通知以告知用戶解鎖失敗原因的方式，引導(dǎo)用戶解鎖成功。見表2，基于情感化設(shè)計理論與人機交互的易用性，針對指紋解鎖失敗的不同情況，提供相應(yīng)有效通知。以用戶手指的擺放角度或位置存在偏差為例，如果手機系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)該問題并以有效通知的形式提示用戶“僅識別到部分指紋，請調(diào)整手指位置后再次嘗試”，用戶看到這類提示后會嘗試更正手指擺放的角度或位置，解鎖的成功率也會隨之提高。因此，告知用戶解鎖失敗的原因，引導(dǎo)用戶解鎖成功，能夠在豐富情感化體驗的同時，帶給用戶順暢且無感的交互體驗。

針對用戶使用人臉或指紋識別解鎖失敗后轉(zhuǎn)向密碼解鎖的提示與引導(dǎo)并不明顯這一問題，以指紋解鎖為例，進行優(yōu)化改良，如圖7所示。

4" 結(jié)束語

目前智能手機解鎖功能在人機交互方面仍存在較大提升空間，有廣闊的發(fā)展前景。文章僅針對目前存在的部分問題進行分析研究并提出設(shè)計策略，為未來智能手機可能出現(xiàn)的解鎖方式提供一定參考意義，并對未來智能手機解鎖方式作出展望。未來將會出現(xiàn)更多不同人機交互方式的解鎖功能，趨向多樣化發(fā)展，但如果要做到推廣和普及，仍要以用戶為中心進行設(shè)計，遵從用戶目標(biāo)，貼合情感化設(shè)計原則，符合未來發(fā)展趨勢。

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