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摘要：

目的探討信息物理融合系統(tǒng)環(huán)境下的智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)方法。方法運(yùn)用信息物理融合系統(tǒng)理論，通過(guò)分析用戶、智能手機(jī)、情境的特點(diǎn)和三者之間交互的特征，以情境中的人為中心，探討信息物理融合環(huán)境下手機(jī)人機(jī)交互的變化，提出一種智能手機(jī)人機(jī)交互的設(shè)計(jì)方法和思路。結(jié)論通過(guò)對(duì)情境中智能手機(jī)人機(jī)交互需求的分析，構(gòu)建了信息物理融合環(huán)境下智能手機(jī)的人機(jī)交互模型。在信息物理融合系統(tǒng)環(huán)境下,智能手機(jī)人機(jī)交互設(shè)計(jì)運(yùn)用多通道交互、情境感知、自然交互等設(shè)計(jì)方法，可提高智能手機(jī)人機(jī)交互設(shè)計(jì)的可用性。

關(guān)鍵詞：

智能手機(jī)；交互界面；人機(jī)交互；信息物理融合系統(tǒng)

智能手機(jī)作為移動(dòng)計(jì)算的媒介，在傳統(tǒng)通訊媒介的屬性之上融入了電腦般強(qiáng)大的功能，由于其靈活性、便攜性的特點(diǎn)，已經(jīng)成為人們手中的生產(chǎn)力、社交和認(rèn)識(shí)世界的工具。用戶在享受嵌入式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展帶給智能手機(jī)進(jìn)步的便利時(shí)，已不僅僅關(guān)注系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和效率的優(yōu)化，對(duì)于服務(wù)個(gè)性化與特定環(huán)境的應(yīng)用的用戶滿意度有了更高的要求[1]。智能手機(jī)性能的提升和網(wǎng)絡(luò)的普及使得應(yīng)用情境已經(jīng)比以往更加多樣。如果能夠了解用戶在不同情境下的人機(jī)交互過(guò)程，并針對(duì)交互特征進(jìn)行交互的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將會(huì)幫助設(shè)計(jì)師構(gòu)建更好的用戶交互體驗(yàn)。由此，能更有效地服務(wù)于用戶的信息物理融合系統(tǒng)（Cyber-PhysicalSystems，CPS）應(yīng)運(yùn)而生。不同場(chǎng)景中的智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)是包含多對(duì)象（個(gè)性化用戶、場(chǎng)景、交互界面）的系統(tǒng)，不同的對(duì)象間存在著數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的流動(dòng)及邏輯關(guān)系，因此，運(yùn)用信息物理融合系統(tǒng)的思路，可以構(gòu)建適合多場(chǎng)景的人機(jī)交互體驗(yàn)。

1智能手機(jī)中的人機(jī)交互

由于人的認(rèn)知中視覺(jué)認(rèn)知信息量最大，智能手機(jī)的人機(jī)交互一般是以視覺(jué)通道為主，通過(guò)視頻、圖像、文字等確認(rèn)狀態(tài)和傳達(dá)信息。視覺(jué)交互界面的設(shè)計(jì)是智能手機(jī)人機(jī)交互的主要構(gòu)成部分。為了構(gòu)建更好的視覺(jué)交互界面，設(shè)計(jì)師通過(guò)提高智能手機(jī)的屏幕尺寸、屏占比、視覺(jué)層次[2]等方法，提升人機(jī)交互的視覺(jué)空間和交互效果。同時(shí)，視覺(jué)交互界面的發(fā)展也經(jīng)歷了電腦終端直接移植菜單式交互設(shè)計(jì)、對(duì)現(xiàn)實(shí)事物抽象概括的擬物化設(shè)計(jì)和強(qiáng)調(diào)高效交互扁平化設(shè)計(jì)[3]的不同方向和階段，通過(guò)構(gòu)建與用戶更加親和的交互模式和交互要素[4]等手段，有效地提升了智能手機(jī)的人機(jī)交互體驗(yàn)。盡管如此，智能手機(jī)作為移動(dòng)計(jì)算的最佳媒介，與電腦等其他固定終端相比，人機(jī)交互中可視交互的空間仍較小。智能手機(jī)有限的可視范圍和操作空間，容易讓用戶在使用中產(chǎn)生大量平移、拖動(dòng)等重復(fù)動(dòng)作，易產(chǎn)生疲勞感和厭煩情緒[5]。智能手機(jī)人機(jī)交互界面交互空間局限的問(wèn)題，可以以用戶認(rèn)知的多通道性進(jìn)行拓展和彌補(bǔ)。所謂“多通道”是指運(yùn)用多種用戶表達(dá)意圖、執(zhí)行動(dòng)作和感知反饋信息的方法，如肢體姿勢(shì)、動(dòng)作、表情、語(yǔ)音、觸覺(jué)等，采用這種交互方式的用戶界面稱為“多通道用戶界面”[6]。智能手機(jī)的交互設(shè)計(jì)中綜合使用多通道交互已成為趨勢(shì)，智能手機(jī)的人機(jī)交互見(jiàn)圖1，充分利用多通道的輸入調(diào)動(dòng)用戶的視覺(jué)（圖像）、聽(tīng)覺(jué)（聲音）、觸覺(jué)（觸控）、運(yùn)動(dòng)等多種感知通道和交互通道，可以有效地拓展智能手機(jī)的交互空間，提高用戶交互的滿意度。運(yùn)動(dòng)交互界面（微信的“搖紅包”界面）見(jiàn)圖2。

2CPS環(huán)境中的人機(jī)交互

計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，逐步使得人們隨時(shí)隨地都能接入網(wǎng)絡(luò)，獲取信息，與他人互動(dòng)，智能手機(jī)等移動(dòng)計(jì)算設(shè)備的用途由于應(yīng)用場(chǎng)景的擴(kuò)展也日益豐富。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、智能城市等技術(shù)發(fā)展，使得用戶可以通過(guò)移動(dòng)計(jì)算設(shè)備與其他用戶、智能設(shè)備、乃至環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)。為了解決不同情境中更廣泛的人機(jī)交互的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，CPS應(yīng)運(yùn)而生。

2.1CPSCPS可以理解為運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)通過(guò)一系列智能設(shè)備和物理對(duì)象在高效能網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行高度集成和交互，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信、高效能信息處理及復(fù)雜情境下的自主協(xié)調(diào)[7]。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，CPS就是在環(huán)境感知的基礎(chǔ)上，融合移動(dòng)計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、通訊、計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算技術(shù)等擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)化物理設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)虛擬交互或?qū)嶓w交互的反饋，循環(huán)實(shí)現(xiàn)信息和物理設(shè)備、環(huán)境的融合與實(shí)時(shí)交互，從而拓展智能設(shè)備的功能和使用領(lǐng)域[1,8]。CPS的發(fā)展是信息與人類(lèi)生活和社會(huì)的發(fā)展日益密切的體現(xiàn)。CPS正逐步應(yīng)用于生活的方方面面，其應(yīng)用場(chǎng)景包括監(jiān)測(cè)和記錄身體狀態(tài)的可穿戴智能終端，主動(dòng)感知和預(yù)測(cè)用戶需求的智能家居[9]，根據(jù)交通狀況合理安排路線和規(guī)避障礙的自動(dòng)導(dǎo)航汽車(chē)，甚至包含復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施和社會(huì)關(guān)系的智能城市。CPS不僅是一項(xiàng)蓬勃發(fā)展的技術(shù)，而且也正逐步成為一種生活方式。如基于地理位置感知的人機(jī)交互已經(jīng)運(yùn)用于支付寶公司和肯德基公司的無(wú)線支付應(yīng)用項(xiàng)目中，當(dāng)支付寶用戶走進(jìn)肯德基快餐門(mén)店時(shí)即會(huì)收到電子點(diǎn)卷，然后通過(guò)無(wú)線支付即可享受購(gòu)物折扣?；谖恢酶兄闹悄苋藱C(jī)交互實(shí)例見(jiàn)圖3。

2.2CPS環(huán)境中智能手機(jī)的人機(jī)交互CPS環(huán)境為人機(jī)交互拓展更大的空間，同時(shí)更多交互要素的引入也產(chǎn)生了更多的不確定性，軟件和硬件的設(shè)計(jì)面臨著新的挑戰(zhàn)[10]。CPS將傳統(tǒng)人機(jī)交互中“以用戶為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)”的理念，提升為“以情境中用戶為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)”?！扒榫场奔劝ㄓ脩襞c智能手機(jī)所處的物理環(huán)境信息（聲音、光照、溫度、濕度、圖像、運(yùn)動(dòng)地理位置等），又包括用戶在使用智能手機(jī)的過(guò)程、狀態(tài)等上下文信息。這使得CPS環(huán)境下的智能手機(jī)人機(jī)交互有了更多元化的應(yīng)用前景。CPS環(huán)境中的智能手機(jī)人機(jī)交互模型見(jiàn)圖4，與圖1相比，不同要素間產(chǎn)生了更多數(shù)據(jù)、信息和知識(shí)的流動(dòng)。用戶群對(duì)情境中的相關(guān)內(nèi)容（智能設(shè)備、實(shí)體環(huán)境、服務(wù)等）進(jìn)行實(shí)體交互（觸摸、使用等）的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)情境的分布式認(rèn)知。另外，用戶群也可以通過(guò)智能手機(jī)發(fā)出交互請(qǐng)求，這使得用戶群與情境中各種要素有了更多的交互機(jī)會(huì)。智能手機(jī)根據(jù)情境中的物理特征（聲音、光照、溫度、濕度、圖像、運(yùn)動(dòng)等）對(duì)人機(jī)交互模式進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同情境中的需求。而這一切都是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和位置信息服務(wù)的支持下完成，不同信息通過(guò)云端完成交換和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)信息和知識(shí)的共享與其他社交應(yīng)用。

3CPS下智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)方法

智能手機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，使用的情境也更加多樣化。智能手機(jī)人機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)服務(wù)于情境中用戶持續(xù)不斷的需求，以情境中的用戶為中心，綜合考慮“用戶—智能手機(jī)—情境”的多種要素，從而使智能手機(jī)的人機(jī)交互更加有效和宜人。3.1CPS下智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)原則人類(lèi)認(rèn)知的特點(diǎn)決定了采用實(shí)體按鍵、筆跡、語(yǔ)音等的方式，簡(jiǎn)明扼要、逐步細(xì)化的過(guò)程交流信息可以使人機(jī)交互更加高效和宜人，也是人機(jī)自然交互的要求[6]。智能手機(jī)由于便攜性的要求，屏幕大小、屏幕亮度、揚(yáng)聲器功率、計(jì)算性能等都受到了限制，因此，智能手機(jī)人機(jī)交互設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合利用各種通道進(jìn)行人機(jī)交互，并結(jié)合用戶所處情境中認(rèn)知的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能手機(jī)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)用CPS的相關(guān)技術(shù)，使其更為精準(zhǔn)地感知用戶所處的情境，獲取周邊空間的物理狀態(tài)和相關(guān)服務(wù)信息。而人機(jī)交互的模式也應(yīng)該根據(jù)所感知的情境進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。人機(jī)交互的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)使軟硬件具備通過(guò)對(duì)用戶的位置、特征、時(shí)空等上下文條件進(jìn)行檢測(cè)，自動(dòng)簡(jiǎn)化信息的處理能力，使用戶獲取有效的人機(jī)交互，因此，在CPS環(huán)境中的智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)，應(yīng)按照以情境中的人為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用多通道技術(shù)擴(kuò)展人機(jī)交互空間的原則，根據(jù)用戶認(rèn)知特點(diǎn)和情境需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，提升智能手機(jī)人機(jī)交互的效果。

3.2CPS下智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)流程以用戶為中心，交互設(shè)計(jì)流程一般包括用戶需求調(diào)研、產(chǎn)品分析、交互設(shè)計(jì)、原型設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)維護(hù)等階段。在此基礎(chǔ)上，為了更好地使用CPS環(huán)境下的智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)，這里提出了一種面向CPS環(huán)境下的多通道交互設(shè)計(jì)方法。CPS下智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖5。CPS下的智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)過(guò)程與傳統(tǒng)以人為中心的交互設(shè)計(jì)一樣，開(kāi)始于用戶需求調(diào)研，通過(guò)分析用戶需求確認(rèn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求并進(jìn)行分析。不同的是，CPS下產(chǎn)品分析需要對(duì)產(chǎn)品使用環(huán)境的地理位置信息、情境特征等進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。CPS下的交互設(shè)計(jì)部分，設(shè)計(jì)師不僅需要針對(duì)產(chǎn)品功能要求構(gòu)建人機(jī)交互界面，而且還需要對(duì)用戶使用情境和產(chǎn)品功能進(jìn)行分析，確認(rèn)使用情境對(duì)產(chǎn)品功能的影響，并分析地理位置信息與情境特征的作用。然后需要針對(duì)使用情境對(duì)產(chǎn)品功能和交互通道進(jìn)行分析，選擇適合的交互設(shè)計(jì)通道（視覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等）進(jìn)行交互模式構(gòu)建。在不同通道交互設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)多通道交互方式進(jìn)行整合與評(píng)估，以防止不同通道交互間產(chǎn)生干涉，如確認(rèn)無(wú)誤則按照交互設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行原型設(shè)計(jì)。原型設(shè)計(jì)是對(duì)用戶需求與產(chǎn)品功能的最基本實(shí)現(xiàn)。在此階段后，需對(duì)多通道交互效果進(jìn)行測(cè)試，判斷通道數(shù)是否過(guò)少而影響交互效率或過(guò)多而產(chǎn)生干涉。若存在交互通道數(shù)不合理的情況，則返回“產(chǎn)品功能—交互通道”分析階段重新確認(rèn)交互模式；若多通道交互模式恰當(dāng)可靠，則繼續(xù)進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。

3.3CPS下智能手機(jī)交互設(shè)計(jì)應(yīng)用CPS的引入將極大地提高用戶使用智能手機(jī)人機(jī)交互的舒適度，提高工作和生活的效率。如在城市交通領(lǐng)域，用戶在不同交通模式換乘時(shí)，智能手機(jī)應(yīng)可以通過(guò)感知位置的變化，接收城市智能服務(wù)系統(tǒng)推送的相應(yīng)位置的提示和換乘建議，使用戶生活更便捷。如圖3使智能手機(jī)成為了情境與人的動(dòng)態(tài)界面，增強(qiáng)了用戶與物理環(huán)境的互動(dòng)。此外，智能手機(jī)的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)情境中空間、光照、溫度、濕度等物理特征的不同，考慮情境中人機(jī)交互的不同模式的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有針對(duì)性地調(diào)整界面尺寸、圖標(biāo)大小、亮度、通道等特征。例如，為了實(shí)現(xiàn)駕車(chē)過(guò)程中安全、便捷地使用智能手機(jī)的功能，汽車(chē)廠商與智能手機(jī)廠商合作開(kāi)發(fā)了可作為智能手機(jī)拓展界面的車(chē)載操作系統(tǒng)。當(dāng)智能手機(jī)用戶進(jìn)入車(chē)輛時(shí)，智能手機(jī)將與車(chē)載系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，自動(dòng)使用更大、更清晰、更簡(jiǎn)潔、可語(yǔ)音操控的車(chē)載界面代替智能手機(jī)，從而滿足用戶的使用需求。搭載CarPlay系統(tǒng)的奔馳汽車(chē)見(jiàn)圖6。

4結(jié)語(yǔ)

智能手機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入全場(chǎng)景時(shí)代，圍繞著用戶的工作與生活全場(chǎng)景展開(kāi)。在注重用戶體驗(yàn)的CPS環(huán)境下，積極使用情境感知和自然交互等技術(shù)使智能手機(jī)的人融入情境，運(yùn)用多通道技術(shù)擴(kuò)展智能手機(jī)與用戶的人機(jī)交互空間，將推動(dòng)智能手機(jī)的人機(jī)交互進(jìn)入新的階段。

作者：孫晉博 陳博 單位：三亞學(xué)院