物联网时代的自然交互设计

吴旭敏WU Xumin 罗颖LUO Ying武汉理工大学，武汉430070（Wuhan University of Technology，Wuhan）

物联网时代的自然交互设计

吴旭敏WU Xumin 罗颖LUO Ying
武汉理工大学，武汉430070（Wuhan University of Technology，Wuhan）

物联网时代操作者和系统之间将趋向于更加“自然”的交互形式。自然交互对象实体化、智能化，使操作者感受了直观真实。自然交互利用实物减少了对操作者记忆的需求，营造着真实的环境。实现多模式的操作表达，能够满足操作者的情感需求。物联网时代自然交互设计在理论上会更加强调认知心理学、社会学和行为学等学科的理论指导和渗透，会特别强调系统对于操作者的反馈交互。

物联网；自然交互；情感设计；认知心理学

一、物联网时代交互的特征

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其英文名称是“The Internet of Things”[1]。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称之为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网前景非常广阔，它将极大地改变人们目前的生活方式，物联网把我们的生活拟人化了，万物成了人的同类。在这个物物相联的世界中，物品（商品）能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。随着物联网的发展和完善，人（操作者）与系统之间的交互方式与互联网时期相比较也会有不同，交互对象不仅仅是面对屏幕，交互的方式也不局限于传统的鼠标、键盘甚至是手指，交互设计将趋向自然化的交互模式。物联网描绘的是充满智能化的世界。在这个世界里，人与人、人与物、物与物之间的交互形式和交互过程会发生极大的改变，与以往交互方式比较，将趋向于更加“自然”的交互，即基于传统的人类本能的交互模式，如触觉、视觉、声音、运动等，以及较高的认知功能，如表达、理解和记忆等。

二、交互设计的历史

交互设计作为一门关注交互体验的新学科产生于20世纪80年代，它是由IDEO的创始人之一的比尔·莫格里奇于1984年提出的。交互设计旨在规划和描述事物的行为方式，然后描述传达这种行为的最有效形式。狭义的交互设计可以理解为：“对于所有具备数字与互动性质的物品，在外观与品质上的设计，其目的是使它显得实用，令人渴望且容易上手”[2]。交互设计在理论上，从人机工程学中独立出来之后，更加强调认知心理学以及行为学和社会学等学科的理论指导实践范畴方面的内容，从人机界面拓延开来，强调计算机对于人的反馈交互作用。随着科技的进步，人机交互的研究重点放到了智能化交互，多模态（多通道）-多媒体交互，虚拟交互以及人机协同交互等方面，也就是“以人为中心”的人机交互技术方面。在此过程中，用户体验与用户情感逐渐在设计中凸显，设计应用人们日常熟悉的图形图案，驱除用户的陌生感，传递设计信息。“漂亮的”、“有趣的”、“个性化的”设计表达了对用户情感的关注，开始注重和强调用户作为个体的多样性，情感价值成为目前产品设计的一个有价值的目标[3]。

交互设计从命令行的指令输入方式到图像用户界面，开始出现菜单、多窗口界面、链接、搜索等交互界面，交互形式丰富，尤其是图形界面出现后，使一般用户摆脱了必须通过专业学习才能够进行的指令输入的交互方式，只需要通过键盘输入和鼠标点击就可以得到相应需求，这是计算机应用的一个极大突破，也为计算机网络的普及奠定了用户基础。相对于指令操作的便利，图形交互界面由于受制于操作系统的环境，用户不得不端坐在电脑前，用点击完成本该通过人类本能自然行为达到的目标。在长期的人机交互过程中，用户逐渐形成一种图形交互习惯，交互设计师们通过研究人类心理学、社会学等学科，改善人机交互的模式，使之更加易懂、易用，接近用户日常共识，减轻使用者记忆负担以便更加快捷的达到目标。

至2008年，比尔·盖茨提出“自然用户界面（Natural User Interface）”的概念，并预言人机交互在未来几年内会有很大的改观，键盘和鼠标将会逐步被更为自然的触摸式、视觉型以及语音控制界面所代替[4]。运用自然语言、多通道模式交互、更具个性化的私人交互模式等方式，这些无疑都将给人类的生活带来重大的影响。随着计算机技术和传感器的普遍应用，现实世界也将逐步出现其“数字版”的一面，而自然人机交互技术正是现实与虚拟世界之间的桥梁。

三、物联网时代的自然交互设计

什么是“自然”交互？自然是一种主观感受，会因个人观念和体验的不同而不同。简单易学是一个“自然”交互系统的最为直接的衡量标准。完全极端的自然交互方式是未经过针对性的系统操作训练，任何人可以顺利使用系统的交互方式。物联网通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网相结合而形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人、所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。物联网的发展现实，使交互从图形界面过渡到了自然交互的范畴。

自然交互有这样几个特征。

1.自然交互让操作者从感受上觉得交互对象发生了变化

物联网实现了物物连接。互联网上虚拟的无物理表征的事物，要将它形象化后实施操作，这是件困难的事情。物联网可以避免强制建立这种虚实对应关系，用最直接自然的交互方式触摸来解决。目前发展最热门最成熟的是触摸屏，充分调动手指的作用，用“触摸”这种方法下达指令。交互设计师们秉承“功能可见性”的互动设计原则，在设计中呈现拟实物化效果，引导使用者形成操作预期。当然这是触摸交互的初级阶段，在这个阶段，触摸的对象仍然是屏幕（触摸屏），到了物联网时代，可以将屏幕“实体化”，不仅通过触摸下达指令，还可以通过“触摸”，向使用者传递事物的“触感”，感知事物的质地、大小等固有属性，丰富触觉的细节，从而使操作更加真实，让使用者对操作结果更加确定。社会心理学家塞利格满（Martin E.P. Seligman）指出人们对外部世界的控制感能带来积极的情绪体验，也更愿意接受挑战和尝试新鲜事物。人们不必再将真实物体通过图表、图案、示例进行一一对应，完全可以按照真实世界中的所见即所得而进行自然的操作。从感受上来说，操作者直接面对“人化的物”，或者是“智能化的物”，会产生真实的“对话”感觉，直接控制的体验效果更直接明了。操作者明确感知当前界面状态，产生可控感，形成操作预期，减少迷茫和等待，引导用户继续操作。

2.自然交互减少记忆需求

自然交互利用实物减少对操作者记忆的需求，并能提醒补充用户需求。互联网界面互动通过信息框架设计，设计共享信息环境的结构[5][6]，将信息内在的联系以逻辑思维的方式链接，操作者通过记忆和思索的方式有效地利用支配网络。互联网时代利用导航定位，由各级导航，明确操作者所在的位置，了解操作者的路径，互动设计中经常将导航文字、图形、图像强化，形成操作界面中的焦点。尽管如此，人们还是常常陷入网络的“迷宫”之中[7][6]50。研究表明，准确操作所需要的知识并不完全存在于头脑中，而是有一部分在头脑中，有一部分来自外部世界的提示，还有一部分存在于外部限制因素之中[8]。物联网虚实结合，可以将外部世界的提示和外部限制因素充分设计，给操作者带来明确的方向感。物联网中可以借助“实物”建立真实世界中的路标、方向、地域特征等参照物，将焦点实体化。网络世界中跳跃式操作，随心所欲进入到事件任何一个阶段或者随时开始是网络的魅力所在，物联网既可以按照“实境”中的物理环境进行漫游操作，也可以利用虚拟特征进行现实跳跃，完全实现基于现实基础上的非线性活动，可以极大满足普通自然人在熟悉自然环境中完成想象事件的能力。

3.自然交互营造真实环境实现多模式操作

自然交互能够营造真实环境，实现多模式的操作表达。物联网时代的交互模式是自然的，是基于人类传统本能的交互模式。比如想用某种色彩影响人的情绪，必须让人真实地处于这种环境中，仅靠屏幕显示让人产生联想是达不到这种效果的，物联网虚实结合营造这种氛围，增强现实的表现甚至可以强化操作环境，给操作者以明确暗示或者提醒。自然的交互模式允许使用者用各种感官进行交互，如应用自然语言，目光注视。用一种更为广泛的人类认可的方式进行交互。多模式渗透的交互模式，可以模拟更加复杂的交互环境和营造更加真实的交互环境，最大限度地还原真实物理世界中的影、像、声、味，通过精心设计的典型操作环境，塑造各种交错关联的条件或状况，给使用者以情感上的亲切感和熟悉感，新信息只有和已有知识结构紧密结合，才能被彻底理解吸收，直接将使用者沉浸于操作环境之中，以最快最便捷的方式操作系统。

4.自然交互能更好地满足情感需求

自然交互能更好地满足操作者的情感需求，满足个性化操作模式。物联网时代最显著的FRID技术的应用，为自然交互提供了技术支持，更为交互设计中用户情感追求提供了更大的惊喜。用户进行有目的的操作时，伴随明确的目的，在过程中会出现不自觉地或称为下意识的动作。同样的情况也会出现在无目的的浏览人群中，传感器可以监测用户的活动行为，交互设计者们认为：情绪始于对身体变化的感知，在你感觉到某种情绪之前，你的身体已经做出了反应（美国心理学家威廉姆斯之语）。在一定的环境中，利用人类的四类隐形知识，即简单的物理学知识（如重力、摩擦力、物体持续性、相对比例）、身体感知（生理本体感知、关节活动范围、双手的协调，以及全身互动）、环境感知（导航、深度感知、物体间距离）、社会感知和技能（他人在现场、口头交流和非口头交流）[9]，通过无处不在的传感器，辨析用户在行为中的“规则”，把活动行为中所暗藏的用户目的和意图识别出来。不需要用户有意地直接表露，就可以贴心地自然流畅地实现使用者的潜在需求[10]。这是一种更高层次的交互体验。通常人类社会中的“心有灵犀”，也会体现在人机之间。

四、自然交互的发展

自然交互中操作对象向实体化和拟人化方向发展，操作者对系统感受会更加可控；自然交互会更加强调“实境”对操作者的影响，运用多模式操作方式，让操作者真正能够沉浸在系统所营造的氛围中；自然交互在完成目标的过程中，能更加减少操作者的记忆负担，极大满足操作者的情感需求。

目前的自然交互从操作动作上说是粗放型的，通过大动作、大范围、大声音这种夸张的行为动作来触动系统。随着技术和设计的完善，交互方式会朝着精准化的方向发展，区分不同社会风俗习惯下更多样的行为细节，捕捉最细微的反映情绪变化的动作，以确定操作的准确性。

正如kinect的宣言所言，你就是控制器[4]21。自然交互的目标就是人可以通过日常行为和准则来控制系统，让系统对符合人类行为习惯的言行举止有正确的响应。对人的社会属性、自然环境和心理因素等各种影响行为的习惯都是自然交互所要深入研究探讨的。物联网时代自然交互设计在理论上会更加强调认知心理学、社会学和行为学等学科的理论指导和渗透，会更加强调系统对于操作者的反馈交互。

[1]ITU.World Summit on the Information Society .WSIS:ITU Internet Report 2005: The Internet Of Things[C].Tunisia: Sep，2005：1.

[2]比尔·莫格里奇.关键设计报告：改变过去影响未来的交互设计法则（Designing Interactions）[M].许玉铃，译.北京:中信出版社，2011:460.

[3]唐纳德·A.诺曼.情感化设计[M].付秋芳，程进三，译.北京:电子工业出版社，2005：195.

[4]余涛.Kinect应用开发实战：用最自然的方式与机器对话[M].北京：机械工业出版社，2012：1.

[5]Richard Saul Wurman.信息饥渴：信息选取、表达与透析[M].李银胜，译.北京:电子工业出版社，2001：27-28.

[6]MorvillePeter, Rosenfeld Louis. Web信息构架——设计大型网站[M].陈建勋，译.北京:电子工业出版社, 2008: 4.

[7]Cooper，Alan.About Face: The Essentials of User Interface Design [J]. John Wiley & Sons，1995: 508.

[8]唐纳德·A.诺曼. 设计心理学[M]. 梅琼，译.北京: 中信出版社，2010: 56.

[9]R J Jacob，AGirouard，L MHirshfield，M SHorn,O Shaer，E T Solovey and J Zigelbaum.RealityBased Interaction: A Framework for PostWIMPInterfaces[J]. Proceedings of the ACM Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI 08)，New York，2008: 201-210.

[10]W Zhang，M Chu，J Begole.Asynchronous Reflections:Theory and practice in the design of multimedia mirror systems[J]. ACM Multimedia Systems Journal，2010（16）：293-307.

Natural Interaction Design on the Internet of Things

The interaction model between the operator and the system of the Internet of Things will tend to be more "natural". The materialized and intelligent objects of natural interaction will make the operator feel intuitive. Natural interaction uses real objects to reduce memory requirement for the operator and creates real environment, which will achieve multi–mode expressions of operation, to better meet the emotional needs. The natural interaction design in theory will put more emphasis on cognitive psychology, sociology and behavioral science theories and permeability. It will also focus more on the feedback interaction from the system to the operator during the age of the Internet of Things .

the Internet of Things；natural interaction；emotional design； cognitive psychology

J0-03

A

10.3963/j.issn.2095-0705.2013.05.002（0005-04）

2013-08-21

吴旭敏，博士，武汉理工大学艺术与设计学院副教授；罗颖，武汉理工大学艺术与设计学院讲师。