提升上肢殘疾人游戲體驗的交互設計研究

摘要：提升上肢殘疾人的游戲交互體驗，為未來的無障礙游戲設計研究提供一定的理論基礎和實踐建議。在用戶中心設計、無障礙設計、可用性設計和情感設計等理論的指導下，從生理和心理特征兩個層面出發，分析上肢殘疾人的用戶需求，同時結合案例分析，總結成功設計的經驗。提出了一系列優化游戲控制器和交互界面的策略。該策略可為游戲輔助產品的交互設計提供理論指導，提升上肢殘疾人的游戲可訪問性和用戶體驗。

關鍵詞：交互設計；上肢殘疾人；游戲控制器；用戶中心設計；無障礙設計；可用性設計；情感設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2024）17-0066-04

Abstract：Improving the gaming interaction experience for upper limb disabled individuals provides a theoretical foundation and practical recommendations for future research on accessible game design.Guided by theories such as user centered design，accessibility design，usability design，and emotional design，this study analyzes the user needs of upper limb disabled individuals from both physiological and psychological perspectives，and summarizes successful design experiences through case analysis.A series of strategies for optimizing game controllers and interactive interfaces were proposed as a result.This strategy can provide theoretical guidance for the interactive design of game assistive products，improving the accessibility and user experience of games for upper limb disabled people.

Keywords：Interaction design；Upper limb disability；Game controller；Accessibility design；User centered design；Usability theory；Emotional design

引言

電子游戲不僅是現代社會的娛樂方式，還廣泛應用于康復和教育領域。對于上肢殘疾人來說，良好的游戲體驗能提升他們的生活質量、社交互動和心理健康。然而，傳統游戲控制器和界面設計常無法滿足這些用戶的特殊需求。因此，設計和優化無障礙游戲控制器及交互界面，成為游戲設計領域的重要課題。現有研究多集中于硬件改進和特定技術應用，系統性理論框架探討較少，導致設計缺乏可持續性和通用性。本文結合無障礙設計、用戶中心設計、可用性設計和情感設計等理論，構建系統性設計框架，提出針對上肢殘疾人群體的游戲交互設計策略，旨在推動無障礙游戲設計發展，提升上肢殘疾人的游戲體驗和生活質量。

一、相關理論概述

（一）用戶中心設計（User-Centered Design，UCD）

用戶中心設計是一種以用戶為核心的設計方法，其目的是確保產品的設計能夠滿足用戶的需求和期望。這一方法強調在設計過程中，通過不斷地獲取用戶反饋來迭代改進設計。UCD的基本流程包括：

1.需求分析：通過問卷調查、訪談、觀察等方法了解用戶的需求和使用情境。

2.原型設計：基于需求分析，創建低保真或高保真的原型。原型可以是草圖、線框圖或交互模型，用于初步驗證設計思路。

3.用戶測試：邀請真實用戶對原型進行測試，收集他們的反饋和建議。測試方法包括可用性測試、A/B測試等。

4.迭代改進：根據用戶反饋，對設計進行反復改進，直至達到用戶滿意度和可用性標準。

用戶中心設計的核心是不斷循環的“設計—測試—改進”過程，確保最終產品能夠真正滿足用戶的需求。

（二）無障礙設計（Accessible Design）

無障礙設計是一種設計理念，旨在確保產品和服務能夠被包括殘疾人在內的所有人方便地使用。無障礙設計的主要原則包括：

1.公平使用：設計的產品應對所有人同樣有效，無論其能力如何。2.靈活性：設計應能夠適應廣泛的個人偏好和能力。3.簡單直觀：設計應易于理解和使用，無需復雜的學習過程。4.感官信息多樣化：通過多種感官途徑（視覺、聽覺、觸覺）提供信息，確保所有用戶都能獲取必要的操作反饋。

5.容錯設計：設計應盡量減少因誤操作而引起的負面后果。

6.低體力負擔：操作應盡量減少用戶的體力消耗。

（三）可用性設計（Usability Design）

可用性是指產品在特定環境下被特定用戶使用時的效率、效果和滿意度。高可用性的設計能夠顯著提升用戶體驗。可用性評估包括以下幾個方面：

1.有效性：用戶能夠成功完成任務的程度。

2.效率：用戶在完成任務時所需的時間和精力。3.滿意度：用戶對使用體驗的主觀感受。4.學習性：用戶能夠多快掌握使用方法。

5.記憶性：用戶在長時間不使用后再次使用時的熟練程度。

（四）情感設計（Emotional Design）

情感設計關注用戶在使用產品過程中的情感體驗，旨在通過設計激發用戶的積極情緒。情感設計的3個層次包括：

1.本能層次：用戶對產品的初步感受，主要通過視覺和觸覺來傳遞。

2.行為層次：用戶在使用產品過程中的體驗，涉及產品的功能和可用性。

3.反思層次：用戶在使用產品后的感受和評價。優秀的設計應能夠留下深刻的正面印象，提升用戶的忠誠度和滿意度。

二、上肢殘疾人的用戶需求分析

（一）上肢殘疾人的定義及分類

如圖1，上肢殘疾人是指由于先天性或后天性原因導致上肢部分或全部喪失功能的人群。上肢殘疾人根據殘疾部位又可分為手部殘疾、前臂殘疾以及上臂殘疾3種。手部殘疾主要影響手指和手掌的功能，如手指缺失、手指關節僵硬、手部肌肉萎縮等，這種類型的殘疾會顯著影響精細操作和手部力量；前臂殘疾是指前臂區域的功能障礙或缺失，如前臂截肢、前臂骨折后遺癥、前臂肌肉萎縮，這種殘疾限制了前臂的旋轉和手腕的運動；而上臂殘疾則影響整條上臂的功能，如上臂截肢、上臂肌肉萎縮、肩關節功能障礙等，整個手臂的運動能力和力量都被大大削弱。

（二）游戲場景下上肢殘疾人的生理特征與需求分析

生理上的缺陷是上肢殘疾人參與游戲活動的最大阻礙，與正常人相比，他們的上肢都或多或少存在一些不同程度的功能障礙，使他們在游戲操控方面遇到諸多困難，這表示他們對游戲交互產品有著更多獨特的需求，表1通過對上肢殘疾人的主要生理特征進行了總結和分析，并針對他們在游戲場景下可能遇到的問題提煉出部分需求，以作設計依據。

1.上肢功能受限。一些上肢殘疾人可能完全失去了手臂的運動功能，例如，手指缺失的殘疾人完全喪失了使用手指按壓按鍵的能力，手掌缺失的殘疾人甚至喪失了進行抓握、旋轉操縱桿的能力，這表示他們只能通過現存的手掌或手腕部分去完成按壓按鍵和移動操縱桿的操作，傳統控制器的按鍵和操縱桿小而密集，上肢殘疾人在使用時很容易誤觸，難以精確操作，因此他們需要更簡潔的操作界面，更大的按鍵接觸面積以及對他們而言更合理的按鍵分布方式，另外，由于殘疾情況的不盡相同，多元化的操作設計也是十分必要的；部分上肢殘疾人仍然保留了手臂的部分運動功能，例如前臂和手指雖然存在但功能衰退，尤其是力量明顯不足，難以完成需要較大力度的操作，說明他們可能需要更高的操作靈敏度、更舒適的操作感受，以達到省力的目的。

2.上肢靈活性降低。由于長期缺乏運動，一些上肢殘疾人的關節可能變得僵硬，限制了手臂和手指的靈活性，使得他們動作范圍受限，無法進行大幅度93136fe0aa0b62469f0f4840636ea586c57685d8358961c428fd29c8a1025175的動作以及迅速的動作變換，我們需要讓上肢殘疾人能夠通過小幅度的操作完成大部分游戲操控，因此，簡單省力的操控動作設計也是一項潛在的需求。

3.感覺功能異常。由于硬化、萎縮等原因，上肢殘疾人用來操控游戲的部位可能有觸覺敏感性降低的問題，導致他們難以通過觸覺反饋來確認操作，他們可能需要更強的觸覺反饋強度，或者通過及時的視覺和聽覺反饋來輔助他們確認自己的操作；一些因創傷導致殘疾的用戶，其創傷區域可能變得比其他部位更加敏感，在進行一些特殊動作時，可能會牽動該區域的痛覺神經，使他們感到疼痛或不適，例如，在不得不使用創傷區域按壓按鍵時，可能因為與按鍵的接觸面積較小而使區域受到的壓強較大從而刺激到痛覺神經。因此，他們需要更加柔軟舒適的控制單元外部材質，更大的接觸面積，以減少操作部位收到的刺激。

（三）游戲場景下上肢殘疾人的心理特征與需求分析

上肢殘疾人因其自身的生理殘疾以及由于種種原因造成的弱勢地位導致他們在社會的方方面面都體驗不到自身價值甚至還會遭到強勢群體的蔑視和疏遠，這使他們產生了一些更為復雜的心理因素，具體表現為孤獨感、自卑感、敏感和自信心強，表2根據上肢殘疾人的這些心理特征，針對他們在游戲場景下可能遇到的問題進行了需求分析。

1.孤獨感。這是殘疾人心理普遍存在的。上肢殘疾人在肢體上存在缺陷，在社會上常常受到歧視，導致他們不愿出行，經常待在家里，久而久之，孤獨感就會產生。他們也許想通過游戲與他人進行社交，但由于自身缺陷，傳統的游戲操控方式對自己不適用，而且由于上肢殘疾的多樣性，他們無法找到完全適合自己的游戲操控方式，導致他們無法正常與他人一起參與游戲，這會使他們的孤獨感進一步加重。因此，他們需要多樣化的輸入方式與高度靈活的自定義配置，允許他們根據自身條件對各個控制模塊進行自由選擇和搭配，找到符合自身需求的操作組合。

2.自卑感。每個殘疾人都有這種情感因素存在，上肢殘疾人在生理上的缺陷使他們在學習、生活、就業等各方面遇到的困難都比普通人多得多，在這樣的情況下，如果從他人那里又得不到足夠的幫助，自己總是遭遇失敗，就會產生自卑情緒。反映在游戲場景下就是，他們在學習游戲操控設備的操作方法時，由于操作的復雜而又缺乏他人的指導，短時間內自己無法學會，心理受挫會產生自卑感，最終放棄學習。這表明他們需要一套簡單易學的操作邏輯，同時提供全面的技術支持和培訓也是必要的，包括用戶手冊、視頻教程、在線支持等，幫助用戶快速上手并充分利用產品的各項功能。

3.敏感、自尊心強。由于身體上的殘疾使他們更容易過多注意自己，因而面對外界對自己的態度和評價時會十分敏感。在前期的學習和適應過程中，由于操作不熟練可能獲得較低的游戲評價，導致自尊心受到打擊，喪失繼續練習的耐心，這可能是由于在練習過程中缺少足夠的正向反饋引起的，我們需要在觸覺、視覺和聽覺方面提供更多激勵人心的反饋機制，幫助用戶建立自信心和成就感。

三、上肢殘疾人游戲控制器的成功案例分析

（一）Xbox Adaptive Controller

如圖2，微軟推出的Xbox Adaptive Controller（XAC）是針對殘疾玩家設計的一款游戲控制器。其設計宗旨是提高游戲的可訪問性，解決傳統控制器對殘疾玩家的使用障礙。XAC的成功要素在于：

1.采用了用戶中心設計的方法。XAC的設計團隊在設計過程中進行了廣泛的用戶需求調研和反饋收集，曾與多個殘疾人組織和社區的緊密合作，如AbleGamers、Cerebral Palsy Foundation、SpecialEffect和Warfighter Engaged等。這些組織為設計提供了寶貴的用戶反饋和需求分析，通過這種合作，設計團隊得以深入了解用戶的具體需求和使用場景，從而確保了設計方案的可行性和實用性。

2.符合無障礙設計原則。XAC是一個統一的設備中心，既支持行動不便的殘疾人使用，也支持身體正常的普通人使用，遵循了無障礙設計的公平使用原則。此外，XAC采用模塊化的設計方式，設置了多個3.5mm插孔和USB端口，允許用戶根據具體需求選擇和連接適合的輔助設備，如開關、按鈕、操縱桿和踏板等，同時，XAC支持使用應用程序，通過按鈕重新映射和配置文件進一步自定義用戶的交互方式，使用戶能夠根據自己的身體狀況和操作習慣進行個性化調整，遵循了無障礙設計的靈活性原則。

（二）QuadStick

如圖3，QuadStick是一款為四肢癱瘓患者設計的游戲控制器，利用嘴部操作來控制游戲。其設計理念是為不能使用傳統控制器的用戶提供獨立游戲的能力。QuadStick的成功要素在于：

1.符合可用性設計的原則。QuadStick創新的嘴控操作方式，使用戶可以通過吸氣和吹氣來模擬按鍵按壓的動作，因為QuadStick內置了傳感器，這些傳感器可以檢測到用戶的吸氣和吹氣力度，并將其轉換為相應的按鍵輸入信號。除了吸吮和吹氣，QuadStick還可以利用舌頭的移動來進行控制，用戶可以通過移動舌頭來操縱一個微型操縱桿，該操縱桿連接到控制器上，能夠模擬傳統手柄的搖桿功能，這種嘴控操作方式，經過實踐表明確實可以幫助用戶完成各種游戲操作，遵循可用性設計的有效性原則。另外，QuadStick的操作邏輯雖然需要一段時間適應，但大多數用戶在熟悉后都能流暢操作，遵循可用性設計的學習性原則。

2.符合無障礙設計的原則。Quadstick可以模擬游戲手柄、鼠標和鍵盤設備，這些設備連接到游戲機或PC的每個按鈕、按鍵、操縱桿或動作都可以成為由輸入傳感器控制的輸出，除了自己的硬件輸入外，Quadstick 還可以與其他設備一起使用，例如 PC 的鼠標、UltraStik 360 或 Tobii Eyegaze 設備，同時用戶可以通過配置軟件對控制器進行編程，設定不同的吸吮、吹氣和舌頭移動對應的游戲操作，從而實現復雜的操作需求，這些都遵循無障礙設計的靈活性原則。

四、提升上肢殘疾人游戲交互體驗的設計策略

（一）形成簡潔、舒適、高效率的使用體驗。從前文對上肢殘疾人生理特征的分析可知，與常人相比，他們的身體存在著諸多方面的缺陷，要想讓他們獲得良好的使用體驗，需要根據其身體特點進行針對性設計，主要可以從以下幾個方面入手：

1.改進按鍵布局。首先，按鍵大小應適合不同手型的用戶，例如，一些上肢殘疾人由于手指缺失，可能需要通過手掌或手腕來進行按鍵操作，針對這類用戶，可以設計更大、更易于按壓的按鍵；其次，效率是衡量設計可用性的重要方面，因此，常用按鍵應放置在容易觸及的位置，按鍵間距應適中，減少用戶的手部移動；無障礙設計的低體力負擔原則要求我們盡量減少用戶在操作時的體力消耗，而多數殘疾用戶由于手部的缺失，一次只能進行一個操作，讓用戶在不同功能的按鍵之間來回切換和移動是極其消耗體力的，因此，可以將復雜的功能分解為簡單的按鍵操作，從而減少控制器上的按鍵數量。例如，設計一個多功能按鍵，通過不同的按壓方式（短按、長按、雙擊）來實現不同的功能；

2.優化外觀設計。從情感設計原則的本能層考慮，我們需要通過顏色搭配、形狀設計和材質選擇，設計出吸引人的外觀，提升用戶的第一印象；同時，從行為層來看，我們還需要確保產品的功能性和可用性，在造型方面，產品應采用人體工學設計，提高使用舒適性，例如：手柄應符合人體自然握持姿勢，形狀應根據手部自然彎曲的角度設計，以減少手部壓力和疲勞。在配色方面，可以考慮使用高對比度的顏色組合，使按鍵和重要信息更加突出。例如，將主要操作按鍵設計為紅色，而輔助按鍵設計為藍色，確保用戶在視覺上能夠快速區分。在材質方面，要兼顧實用性和舒適性，例如：手柄表面應使用防滑和減震的材料，如硅膠或軟質塑料，增加握持的舒適度和穩定性；做好這些，本能層的吸引力和行為層舒適的使用感受才能為用戶在反思層帶來積極正向的情感反饋。

（二）提供多樣、自由、個性化的操作方式。上肢殘疾人的殘疾情況具有多樣性，他們有的左臂殘疾、有的右臂殘疾，有的雙臂皆有殘疾，每支手臂的殘疾程度又有不同，此外，每個人的體型與操作習慣也有差異性，這導致了上肢殘疾人對操作方式的需求是復雜多樣的，無障礙設計的靈活性原則要求設計應能夠適應廣泛的個人偏好和能力，為了包容不同需求的用戶個體，我們提出以下策略：

1.使用模塊化設計方法。從XAC的成功經驗可以看出，模塊化設計是滿足不同用戶需求的重要手段。設計師可以參考XAC的設計思路，設計具有標準化接口的可插拔模塊，用戶可以根據需求選擇并連接不同的操作模塊，如按鈕模塊、操縱桿模塊和踏板模塊。同一功能的模塊應具有不同的形狀和操作方式，用戶可以根據手部力量和操作習慣選擇適合自己的功能模塊。例如，用于操控方向的操縱桿模塊，對于手掌仍然存在且能進行抓握的用戶，可選用握持式操縱桿，通過推動搖桿操縱方向；對于手部嚴重缺失只剩前臂的用戶可以選用包圍式操縱桿，它可以包裹住用戶的部分前臂，通過前臂的移動帶動底部搖桿運動；而對于上臂殘疾無法使用上肢進行操控的用戶則可以選用腳踏式操縱桿，其表面具有增大摩擦的紋路，通過用戶腳部向不同方向的傾斜趨勢控制搖桿的方向，如圖4。

2.允許高度個性化定制。提供一個軟件平臺，用戶可以通過該平臺自定義每個按鍵的功能，包括基本操作、組合操作和宏操作等；同時允許用戶在軟件平臺上設置按鍵的靈敏度和響應時間，以適應不同的操作需求和習慣；此外還應提供配置文件管理功能，使用戶可以創建、保存和切換不同的配置文件，以適應不同的游戲和操作場景。

3.提供多樣化輸入方式。多樣化的輸入方式是提升設計靈活性的重要方面。Quadstick創新的嘴控操作方式使其取得了巨大成功。因此，設計應盡可能支持多種輸入方式，設計師可通過應用前沿技術，如語音控制、眼動追蹤和肌電圖（EMG）技術等，創新輸入方式，為用戶提供更多選擇。例如，游戲控制器可以集成語音識別系統，允許用戶通過口頭命令執行游戲操作；同時，在使用新技術時，需要考慮可用性設計的學習性原則，通過優化操作邏輯、提供技術培訓等方式，確保用戶能快速掌握使用方法。

（三）創建清晰、人性、多層次的反饋機制。面對上肢殘疾人感覺功能異常的生理特征以及孤獨、自卑、敏感且自尊心強的心理特征，我們可以從視覺、聽覺和觸覺3個層面出發，建立更加適合他們的反饋機制，提升用戶的操作感受和情感體驗，具體策略如下：

1.視覺層面：上肢殘疾人存在感覺功能異常的問題，為了幫助用戶清晰的確認自己的操作成功與否，可以在用戶執行操作時添加適當的動態效果，如按鈕按下時的動畫反饋、界面切換時的過渡動畫等，這些效果應平滑且不影響用戶操作的流暢性。同時，由于上肢殘疾人具有敏感且自尊強的心理特征，這些動畫效果還應具有激勵性和趣味性，例如，使用一些豎起大拇指，雙手奉上皇冠等對用戶表示肯定的動畫效果，幫助用戶建立自信心，增加他們在使用過程中對受挫的心理承受度。

2.聽覺層面。為了輔助用戶確認操作，我們可以為每個按鍵和操作設計獨特的音效，確保用戶在進行不同操作時能夠通過聽覺確認操作的成功與否，同時，為了鼓勵用戶，在操作過程中可以階段性地設置一些認可他們能力的語音音效，削弱他們的自卑感；另外，根據游戲的不同場景和氛圍，可以通過動態調整音效的音量和節奏，并搭配合適的背景音樂，營造舒適或緊張的情感環境，提高沉浸感的同時可以一定程度上減輕用戶的孤獨感。需要注意的是，在設計多層次的音效時，應確保主要操作音效和背景音效之間的平衡，使用戶能夠清晰地聽到重要的反饋音。

3.觸覺層面。觸覺反饋應具有高靈敏度和低延遲，確保用戶在操作時能夠即時感受到反饋。一些上肢殘疾人可能出現觸覺敏感度降低的問題，因此，觸覺反饋的強度應是用戶可以根據自身狀況自行調整的。此外，考慮到用戶的情感體驗，可以在控制器中集成震動馬達和壓力傳感器，根據用戶操作和游戲情節提供不同強度和頻率的震動反饋，也可以在控制器中集成力反饋裝置，如電動機或伺服電機，為用戶提供方向和力度的反饋，模擬物理阻力和反作用力，使用戶更加沉浸式地體驗游戲。

需要說明的是，無論是使用體驗的優化，還是操作方式的創新，亦或是反饋機制的調整，都應遵守用戶中心設計的流程，將用戶置于設計過程的核心。在明確用戶需求，根據設計策略進行設計實踐時，應先后制作低保真和高保真模型，并邀請真實用戶參與測試，并根據用戶反饋不斷迭代改進，以確保最終產品能夠真正滿足用戶的實際需求。

結語

在數字化時代，游戲已成為連接人們、傳遞文化和促進社交互動的重要媒介。然而，對于上肢殘疾人而言，傳統的游戲交互設計往往未能充分考慮他們的特殊需求，限制了他們享受游戲樂趣的機會。目前，學術界對肢體殘疾人的研究多集中在醫療康復領域，對游戲領域很少關注，本文的研究旨在填補這一空白，為無障礙游戲設計領域提供一些新的見解和思路。

文章從用戶中心設計、無障礙設計、可用性設計和情感設計理論出發，分析了上肢殘疾人的生理和心理特征，并從中提煉出他們在游戲場景下的部分需求，然后通過對兩個成功案例的分析，總結出它們成功的經驗，最后從使用感受、操作方式和反饋機制3個層面提出了提升上肢殘疾人游戲交互體驗的設計策略。通過這些研究和策略，我們希望更多的上肢殘疾人可以獲得更好的游戲感受，提升他們的社會參與感和生活質量。

最后，我們相信，隨著研究的深入和社會的進步，無障礙游戲設計將不再是一種選擇，而是一種標準，我們期待一個每個人都能夠無障礙地享受游戲、表達自我、連接他人的世界。這不僅是對上肢殘疾人群體的承諾，也是對整個社會進步的期望。

基金項目：北京市教育委員會科學研究計劃項目資助（SZ202110009004）

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