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《包裝工程雜志》2015年第八期

1手勢(shì)交互的要素

手勢(shì)交互事件由主體（人）和客體（產(chǎn)品）參與，開(kāi)始于主體行為（手勢(shì)）結(jié)束于客體作用。主體行為的定義一般來(lái)源于引導(dǎo)，并依靠反饋對(duì)作用與否進(jìn)行判斷。心智模型則在行為和作用之間建立聯(lián)系，并使之在交互過(guò)程中不斷強(qiáng)化，完成手勢(shì)交互的構(gòu)建。

1.1引導(dǎo)在人與系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行手勢(shì)交互時(shí)，因?yàn)槿狈︻愃朴谌伺c人之間進(jìn)行手勢(shì)交流時(shí)對(duì)所表達(dá)語(yǔ)意的共識(shí)，需要建立良好的引導(dǎo)，具體方式有4類：（1）示范，利用圖形或動(dòng)畫(huà)展示手勢(shì)的操作過(guò)程；（2）任務(wù)，讓用戶在完成一系列示范任務(wù)的過(guò)程中了解手勢(shì)的操作步驟；（3）隱喻，利用具有隱喻性的圖形或效果，如光影效果、慣性效果等，暗示手勢(shì)的操作方式；（4）定義，支持用戶自主選擇或設(shè)計(jì)手勢(shì)[7]。

1.2反饋在手勢(shì)交互中，手勢(shì)識(shí)別會(huì)在很大程度上受到技術(shù)的限制。加之用戶與產(chǎn)品缺乏物理接觸，很難精確地確定手勢(shì)的輸入值，用戶容易對(duì)操作缺乏信心，因此，建立良好的反饋機(jī)制十分重要[8]。反饋的形式可以是提示音、指示燈，也可以是作用本身，或者由可穿戴設(shè)備、遙控器等外部設(shè)備提供。反饋一般有3種類型：狀態(tài)的反饋，當(dāng)前是否處于可以進(jìn)行手勢(shì)操作的狀態(tài)；識(shí)別的反饋，手勢(shì)是否被成功識(shí)別；作用的反饋，操作是否成功。

1.3心智模型心智模型的概念最初來(lái)源于認(rèn)知心理學(xué)，而后被應(yīng)用于人機(jī)交互領(lǐng)域。它是個(gè)體基于內(nèi)心對(duì)自身及外界事物的理解與認(rèn)知所構(gòu)建出的知識(shí)結(jié)構(gòu)，受學(xué)習(xí)過(guò)程與外界因素的影響會(huì)動(dòng)態(tài)變化。心智模型是自然人機(jī)交互的基礎(chǔ)，在手勢(shì)交互的設(shè)計(jì)中考慮心智模型時(shí)，可以從心智模型與交互機(jī)制的匹配度和不同手勢(shì)之間心智模型的差異兩方面入手。當(dāng)手勢(shì)的設(shè)計(jì)與用戶心智模型匹配度高時(shí)，用戶能夠很快地掌握并不斷強(qiáng)化這種關(guān)系，提升手勢(shì)的可用性。當(dāng)其匹配度低時(shí)，應(yīng)有意地利用引導(dǎo)和反饋刺激用戶，使其修正或重新建立新的心智模型，否則會(huì)使用戶出現(xiàn)困惑，導(dǎo)致操作失誤[9]。在設(shè)計(jì)時(shí)可以利用不同手勢(shì)之間心智模型的細(xì)微差異來(lái)得到更多的操作指令。例如，當(dāng)一個(gè)頁(yè)面和其中的控件同時(shí)具備移動(dòng)的功能時(shí)，傳統(tǒng)圖形界面利用有效操作區(qū)域來(lái)進(jìn)行區(qū)分，而這一方式在手勢(shì)交互中極易引發(fā)誤操作。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在用戶的心智模型中，習(xí)慣用基于手掌和手指的操控來(lái)區(qū)分兩者，因此，只要在交互中增加手形的參數(shù)就能獲得兩種不同的操作指令。

2手勢(shì)交互的類型

在對(duì)不同類型的產(chǎn)品進(jìn)行手勢(shì)操控時(shí)，從手勢(shì)在交互過(guò)程中產(chǎn)生作用的方式，可以將其分為映射型手勢(shì)、操作型手勢(shì)和對(duì)話型手勢(shì)。

2.1映射型手勢(shì)在映射型手勢(shì)中，用戶的手勢(shì)動(dòng)作對(duì)應(yīng)界面中的動(dòng)作并與被操控物體的移動(dòng)直接對(duì)應(yīng)，手勢(shì)特征即作用特征，其主要應(yīng)用于虛擬現(xiàn)實(shí)[10]、互動(dòng)裝置或游戲中。交互特點(diǎn)：（1）手翻轉(zhuǎn)或擺動(dòng)的幅度、方向會(huì)直接映射到界面的操控中去；（2）大多數(shù)是動(dòng)態(tài)的手勢(shì)，對(duì)識(shí)別精度要求不高，只需收集手的位置、動(dòng)作趨勢(shì)、速度、幅度等運(yùn)動(dòng)特征，但要求反饋及時(shí)準(zhǔn)確，以帶來(lái)自然的交互體驗(yàn)。

2.2操作型手勢(shì)在操作型手勢(shì)中，用戶將其既有的手勢(shì)使用習(xí)慣延伸至對(duì)UI界面元素的控制，手勢(shì)特征引發(fā)界面的變化，其主要應(yīng)用于有交互界面的使用場(chǎng)景，包括與手機(jī)、智能電視、可穿戴設(shè)備、車內(nèi)中控等界面的互動(dòng)。交互特點(diǎn)：可以對(duì)界面元素進(jìn)行直接控制，其交互邏輯與傳統(tǒng)鼠標(biāo)和觸控界面的交互邏輯接近，手掌或手指對(duì)應(yīng)界面上的光標(biāo)；可以快捷地利用手勢(shì)語(yǔ)意實(shí)現(xiàn)界面功能[11]，如在與手機(jī)和可穿戴設(shè)備等的交互中，可以被用于完成精確度要求不高、方向性明確或常用功能的快捷操作任務(wù)，像切換歌曲、翻動(dòng)網(wǎng)頁(yè)等。又如，在手機(jī)息屏狀態(tài)下，用隔空手勢(shì)啟動(dòng)撥號(hào)或拍照功能。值得注意的是，考慮到用戶的肢體耐力，在交互過(guò)程中應(yīng)避免讓用戶進(jìn)行持續(xù)的界面操作。

2.3對(duì)話型手勢(shì)在對(duì)話型手勢(shì)中，用戶與設(shè)備通過(guò)手勢(shì)建立協(xié)議，手勢(shì)的語(yǔ)意與控制的功能相對(duì)應(yīng)，手勢(shì)特征并不直接對(duì)應(yīng)作用，其主要應(yīng)用于對(duì)智能產(chǎn)品和智能家居系統(tǒng)的控制。交互特點(diǎn)：手勢(shì)語(yǔ)意與所控制的功能相匹配，與日常交流和生活中的操控經(jīng)驗(yàn)緊密相關(guān)，控制的功能主要有開(kāi)啟、關(guān)閉、電器模式的轉(zhuǎn)換和調(diào)整方向等；多采用模態(tài)化的手勢(shì)，使用有限的手勢(shì)分別對(duì)應(yīng)不同產(chǎn)品的相似功能[12]。在具體的設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)不同的交互界面特點(diǎn)，進(jìn)行多種類型的組合。例如，在車載自然人機(jī)交互中，與車內(nèi)硬件設(shè)備互動(dòng)時(shí)，用戶會(huì)更傾向于使用與日常操控經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)密切的對(duì)話型手勢(shì)；與中控界面的手勢(shì)交互時(shí)，多選用操作型手勢(shì)來(lái)支持快捷的界面功能實(shí)現(xiàn)；在與基于擋風(fēng)玻璃顯示的界面交互時(shí)，為支持對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和較多的界面功能的控制，多選擇映射型手勢(shì)和直接控制界面元素的操作型手勢(shì)。

3手勢(shì)交互的構(gòu)建

Boulabiar[13]等人曾對(duì)手勢(shì)交互的完整流程進(jìn)行過(guò)詳細(xì)的論述，認(rèn)為手勢(shì)交互是一個(gè)由腦部活動(dòng)、手部操作、探測(cè)、算法、對(duì)象表現(xiàn)、心智模型和反饋所構(gòu)建的完整循環(huán)。這種觀點(diǎn)對(duì)于研究手勢(shì)交互的構(gòu)建方式有很大幫助，但其更關(guān)注交互結(jié)果的實(shí)現(xiàn)。這里從其形成出發(fā)，認(rèn)為3種不同類型的手勢(shì)交互的構(gòu)建過(guò)程與循環(huán)過(guò)程各有特點(diǎn)，見(jiàn)圖1，映射型手勢(shì)的構(gòu)建模型比較簡(jiǎn)單；操作型手勢(shì)形成循環(huán)的結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中心智模型不斷被強(qiáng)化；對(duì)話型手勢(shì)與操作型手勢(shì)相似，但起點(diǎn)不同。對(duì)于映射型手勢(shì)交互，交互的結(jié)果是客體對(duì)主體動(dòng)作（手勢(shì)映射到作用）的映射。當(dāng)動(dòng)作產(chǎn)生后，主體若得到反饋即交互作用發(fā)生，若沒(méi)有獲得反饋，主體將會(huì)重復(fù)動(dòng)作，因此，對(duì)映射型手勢(shì)來(lái)說(shuō)，反饋至關(guān)重要。對(duì)于操作型手勢(shì)交互，交互事件開(kāi)始后，首先主體會(huì)借助心智模型對(duì)此次事件進(jìn)行初步的解釋和判斷。根據(jù)交互客體所做的引導(dǎo)，用戶調(diào)整或強(qiáng)化這種解釋和判斷后即開(kāi)始操作（手勢(shì)直接引起作用）。同時(shí)，客體會(huì)對(duì)操作給出反饋（往往就是作用本身）。若獲得積極反饋，即表示作用產(chǎn)生，并再次調(diào)整或強(qiáng)化心智模型。若獲得消極反饋，用戶則會(huì)重新解讀引導(dǎo)，再次學(xué)習(xí)這種交互形式。可見(jiàn)，對(duì)操作型手勢(shì)來(lái)說(shuō)，用戶學(xué)習(xí)是其核心，難易程度取決于引導(dǎo)的效率以及交互模型與用戶心智模型的匹配程度。對(duì)于對(duì)話型手勢(shì)交互，交互事件開(kāi)始后首先是建立主體與客體之間的協(xié)議（例如“豎起拇指表示接聽(tīng)電話”），利用這種協(xié)議引導(dǎo)主體與客體間形成一次對(duì)話（手勢(shì)不直接引起作用），若此次對(duì)話獲得積極反饋，則代表作用產(chǎn)生，同時(shí)會(huì)建立一個(gè)心智模型，并在其后的交互過(guò)程中得到反復(fù)強(qiáng)化。反之，主體會(huì)重新確認(rèn)之前的協(xié)議，并再次嘗試對(duì)話。與操作型手勢(shì)不同，對(duì)話型手勢(shì)的作用并非直接來(lái)自于主體，而是由客體獲得主體的指令后引發(fā)，因此，客體的狀態(tài)及識(shí)別的反饋比較關(guān)鍵。

4手勢(shì)交互的設(shè)計(jì)原則

基于上述手勢(shì)交互及其構(gòu)建過(guò)程的特點(diǎn)，在手勢(shì)交互的設(shè)計(jì)過(guò)程中需要著重考慮以下設(shè)計(jì)原則。1）可靠性。由于手勢(shì)交互具有與日常動(dòng)作相同的特征和模式，因此較容易引發(fā)誤操作。可以通過(guò)提高操作方式的特殊性或增加操作步驟來(lái)避免誤操作，提高可靠性，但要注意設(shè)置的合理程度，否則會(huì)影響產(chǎn)品的易用性和靈敏度。具體可以從以下幾個(gè)方面著手：（1）范圍限制，將手勢(shì)的有效輸入值（如速度、距離、位移、位置）設(shè)在只有刻意的手勢(shì)操作才會(huì)達(dá)到的范圍內(nèi)；（2）場(chǎng)景限制，設(shè)定的手勢(shì)只有在特定的場(chǎng)景下才會(huì)產(chǎn)生作用；（3）條件觸發(fā)，在執(zhí)行手勢(shì)操作之前設(shè)置一個(gè)觸發(fā)機(jī)制，例如手在設(shè)備前保持一定時(shí)間至指示燈亮；（4）操作確認(rèn)，在關(guān)鍵操作之后請(qǐng)求用戶的確認(rèn)。2）容錯(cuò)性。充分考慮用戶在左右手習(xí)慣、反應(yīng)時(shí)間、年齡、性別、文化背景、使用環(huán)境等方面的差異，手勢(shì)識(shí)別的參數(shù)應(yīng)設(shè)置在一個(gè)合適的區(qū)間內(nèi)，并在保證避免誤操作的前提下，允許手勢(shì)在一定范圍上的差異。3）連貫性。在設(shè)計(jì)一個(gè)任務(wù)的手勢(shì)時(shí)，應(yīng)盡量減少用戶的無(wú)效動(dòng)作，充分考慮與前后任務(wù)的銜接，使它們聯(lián)系緊密、配合流暢。4）繼承性。在對(duì)手勢(shì)形式的選擇和引導(dǎo)與反饋機(jī)制的設(shè)計(jì)上，應(yīng)充分考慮與日常手勢(shì)交流之間的繼承性。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下，應(yīng)結(jié)合各自手勢(shì)交互的特點(diǎn)與需求，對(duì)不同的設(shè)計(jì)原則加以靈活運(yùn)用。如在車載人機(jī)交互中，設(shè)計(jì)基于擋風(fēng)玻璃顯示的手勢(shì)交互時(shí)，考慮到駕駛安全，可靠性與容錯(cuò)性較其他應(yīng)用場(chǎng)景更為重要。對(duì)于智能家居與智能產(chǎn)品的手勢(shì)交互，遵循連貫性與繼承性的原則能夠降低用戶的學(xué)習(xí)成本，提高操控效率。在基于LeapMotion識(shí)別的界面交互中，連貫性原則的運(yùn)用可以使界面的交互邏輯更加流暢清晰。

5結(jié)語(yǔ)

隔空手勢(shì)作為一種新的交互方式，尚未在人們的認(rèn)知中形成像觸控操作一樣完整且系統(tǒng)的操作模式，需要從心智模型層面展開(kāi)更多的深入研究，以支持設(shè)計(jì)出更為有效和自然的手勢(shì)交互設(shè)計(jì)。這里分析總結(jié)了手勢(shì)交互的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景，并基于其組成要素研究了不同類型手勢(shì)交互的構(gòu)建過(guò)程，進(jìn)而歸納出需要著重考慮的設(shè)計(jì)原則。為了發(fā)揮手勢(shì)交互直接、快捷的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)充分考慮在不同類型的應(yīng)用場(chǎng)景中手勢(shì)交互的特殊需求，遵循手勢(shì)交互的設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建符合用戶心智模型的引導(dǎo)和反饋機(jī)制，從而帶給用戶自然的交互體驗(yàn)。

作者：孫效華周博李彤單位：同濟(jì)大學(xué)