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      基于觸覺辨識(shí)的迷你鍵盤按鍵造型設(shè)計(jì)研究

      2019-04-01 02:22:52王艷群楊俞玲江也
      設(shè)計(jì) 2019年5期
      關(guān)鍵詞:觸覺

      王艷群 楊俞玲 江也

      摘要:以10英寸迷你筆記本為研究目標(biāo),在無視覺環(huán)境下,受測(cè)者通過觸覺感知對(duì)鍵盤按鍵進(jìn)行觸摸辨識(shí)實(shí)驗(yàn),從影響按鍵觸覺感知度的主要因子按鍵間隙(W)、按鍵表面造型(F)的變化,檢測(cè)受測(cè)者面對(duì)樣本時(shí),在不同按鍵狀態(tài)下“錯(cuò)誤次數(shù)”上的差異性,歸納按鍵高度與表面形狀設(shè)計(jì)對(duì)鍵盤按鍵操作的影響,得出符合觸覺辨識(shí)度較高的迷你鍵盤按鍵造型設(shè)計(jì)。

      關(guān)鍵詞:觸覺 辨識(shí)度 按鍵間隙 按鍵表面造型

      中圖分類號(hào):TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

      文章編號(hào):1003-0069(2019)03-0130-02

      引言

      觸覺是人類最為直接的感覺,是接觸者與被接觸者的直接聯(lián)系,二者在時(shí)間和空間上都是“零距離”[1]。觸覺不同于視覺、聽覺和嗅覺,因?yàn)橛|覺不對(duì)應(yīng)特定的人體感覺器官,觸覺感受器遍布全身[2]。觸覺感知是人通過皮膚表層接觸物體表面以后,大腦對(duì)物體表面屬性進(jìn)行感知體驗(yàn)的過程[3]。日常生活中,在某些“無視覺”環(huán)境中往往需要人們利用觸覺進(jìn)行辨識(shí)、操作。

      觸覺與其他感覺相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),因?yàn)橛|覺感知是全方位的而且在一些特殊環(huán)境下,觸覺可以比視覺更直觀準(zhǔn)確。同時(shí)觸覺感知常常能反饋人體其他感官難以感知的信息[4]。在正常視覺環(huán)境下,人們通常能很容易地判定目標(biāo)與位置,但是在無視覺環(huán)境下,例如光線較暗或操作者視線無法轉(zhuǎn)移的情況下,觸覺是人類最好的視覺補(bǔ)償。在人的觸覺感受中,手具有特別活躍的感受能力。據(jù)研究,手指伸曲動(dòng)作,在人的一生達(dá)25000萬次之多;手指有萬千種神經(jīng)感受體,而每個(gè)指尖上大約有2千個(gè)觸覺感受器;手可發(fā)覺3微米高的突起,而一根頭發(fā)的直徑則為50~100微米。手具有靈敏的感受能力,所以手的觸覺也常常被稱為手的視知覺。例如人們彈奏鋼琴、手風(fēng)琴等樂器,操作電腦或筆記本等產(chǎn)品,鍵盤操控主要依靠手的觸覺辨識(shí)。

      一、觸覺辨識(shí)特征

      人們?cè)跓o視覺狀態(tài)下會(huì)習(xí)慣性的依據(jù)視覺記憶尋找定點(diǎn)目標(biāo),但是使用陌生產(chǎn)品的過程中則會(huì)下意識(shí)地找尋具有引導(dǎo)特點(diǎn)的形狀或軌跡用于參考。國外對(duì)觸覺反應(yīng)的探索比較早,研究也比較深入。日本學(xué)者川上針對(duì)按鍵表面的不同浩型講行觸摸探索實(shí)驗(yàn),使用寬度為15mm、長度為15mm、厚度分別為0mm、1mm、2mm的按鍵,進(jìn)行表面凹凸觸覺辨識(shí)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)厚度為2mm時(shí)無明顯辨識(shí)錯(cuò)誤,但是在厚度1mm以下,錯(cuò)誤率則大幅提高,表面為凸形時(shí)的錯(cuò)誤率占67%。這說明按鍵厚度不同時(shí),觸覺辨識(shí)性會(huì)產(chǎn)生明顯差異。中國臺(tái)灣學(xué)者葉亦庭對(duì)被試進(jìn)行蒙眼靜態(tài)的定向移動(dòng)研究,發(fā)現(xiàn)被試在有形態(tài)引導(dǎo)時(shí),比無形態(tài)引導(dǎo)花費(fèi)更長時(shí)間來辨識(shí)。這說明觸覺操作需要在方位與距離上花費(fèi)更多的時(shí)間來進(jìn)行認(rèn)知上的心理識(shí)別與記憶呼應(yīng)。

      二、按健觸覺感知的研究方法

      以10英寸迷你筆記本的鍵盤設(shè)計(jì)研究為目標(biāo),選取目前10英寸筆記本鍵盤區(qū)域尺寸的常用數(shù)值22CM(長度)、14CM(寬度),在此區(qū)域范圍內(nèi)對(duì)鍵盤常用按鍵觸覺辨識(shí)度進(jìn)行研究。將影響按鍵觸覺感知的主因子設(shè)定為按鍵表面形態(tài)(F)、按鍵之間的間隙(W),被試面對(duì)不同樣本在“錯(cuò)誤次數(shù)”上的差異進(jìn)行研究,研究規(guī)劃流程(如圖1):

      (一)主要影響因素分析:制作按鍵觸覺感知辨識(shí)度實(shí)驗(yàn)測(cè)試樣品,按鍵高度設(shè)計(jì)依據(jù)現(xiàn)有常用尺寸1.5mm為標(biāo)準(zhǔn),按鍵之間間隙設(shè)為(W)、按鍵表面形狀(F),形狀分為凸面形(A)、平面(P)、凹陷(T)三種形式。按鍵實(shí)驗(yàn)任務(wù)對(duì)9組觸摸測(cè)試板進(jìn)行觸覺實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)用按鍵的邊界用木工細(xì)砂紙略為打磨,避免手指觸摸操作時(shí)受傷。

      1.按鍵間隙設(shè)定:將按鍵間隙設(shè)定為第一項(xiàng)自變數(shù),主要觀察在不同間隙影響下,進(jìn)行按鍵觸摸探索辨識(shí)時(shí)是否有顯著的差異。設(shè)定三種間隙,分別是無高度0mm、間隙為1.5mm、間隙為2.5mm;觸摸板按鍵間隙設(shè)定(如圖2)所示。

      2.形狀設(shè)計(jì):實(shí)驗(yàn)將按鍵表面形狀設(shè)定為第二項(xiàng)自變數(shù),主要在觀察不同表面形狀下進(jìn)行觸摸辨識(shí)時(shí),是否會(huì)有顯著差異。設(shè)定三種不同的按鍵表面形狀,分別是平面型(P)、凹面形(A)、凸面形(T)。形狀設(shè)計(jì)規(guī)劃圖(如圖3)所示。

      (二)實(shí)驗(yàn)用觸摸板制作:鍵盤觸摸練習(xí)板的設(shè)計(jì)以標(biāo)準(zhǔn)鍵盤字母“ZXCVBNM,”這8個(gè)按鍵依次排列在觸摸板上,依照預(yù)定的高度、寬度、形狀設(shè)計(jì)于觸摸板上,材質(zhì)均以亞克力板材制作,制作符合兩個(gè)因子變化的觸摸板9個(gè),分別標(biāo)記為A1、A2、A3……A9(如圖4)所示。

      (三)實(shí)驗(yàn)流程:實(shí)驗(yàn)流程主要分為三個(gè)階段,分別為:(1)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備與實(shí)驗(yàn)練習(xí)板制作(參見圖4);(2)完成觸覺實(shí)驗(yàn)任務(wù),20位被試分別對(duì)9個(gè)觸摸板上的8個(gè)字母按照“ZXCVBNM,”的字母自然順序進(jìn)行觸摸實(shí)驗(yàn);(3)訪談與實(shí)驗(yàn)過程狀況交流。在完成三個(gè)階段實(shí)驗(yàn)任務(wù)后,最終完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與觸摸辨識(shí)度顯著性差異分析。

      (四)實(shí)驗(yàn)環(huán)境:為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性,必須防止外部因素對(duì)被試的干擾,具體包括周圍環(huán)境和被試自身視覺的干擾[5-6]。每位被試都需要有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)鑒定員,處于蒙眼狀態(tài),且每位被試獨(dú)立不相互干擾。

      三、研究結(jié)果與分析

      本研究以觸覺任務(wù)實(shí)驗(yàn)資料整合,針對(duì)觸覺行為在按鍵的各項(xiàng)參數(shù)變化與辨識(shí)差異進(jìn)行分析。[7]在實(shí)驗(yàn)中,主要研究以下兩個(gè)問題:

      (1)按鍵之間間距變化對(duì)觸覺辨識(shí)度是否有顯著影響。

      (2)按鍵表面不同形狀對(duì)觸覺辨識(shí)度是否有顯著影響。

      主要對(duì)W、F因子進(jìn)行分析,統(tǒng)計(jì)出余奇吳次數(shù)(S),并津黝昔誤七蹄目(P)。

      (一)被試:總共有20個(gè)被試,來自某大學(xué)的在讀本科生,平均受測(cè)時(shí)間為32.7分鐘,男性共11位,平均年齡為21.4歲;女性共9位,平均年齡為22.1歲,均為右利手者。

      (二)測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):根據(jù)20個(gè)被試,使用W、「兩個(gè)變量組合后的A1、A2、A3……A9共9個(gè)樣本進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每個(gè)測(cè)試樣本上的8個(gè)按鍵總計(jì)1440項(xiàng)數(shù)據(jù),通過分析W、F因子在觸摸體驗(yàn)時(shí)的錯(cuò)誤次數(shù)來評(píng)判當(dāng)中的差異性,并檢測(cè)因子之間是否有交互作用或顯著性變化。

      實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 21軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,用多因素方差分析找出對(duì)因變量有顯著影響的因素,再用t檢驗(yàn)比較因子間的均值,當(dāng)錯(cuò)誤比例P>0.15時(shí)認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[8-9]。

      1.錯(cuò)誤次數(shù)統(tǒng)計(jì):從20位被試對(duì)Ai、A2、A3 A9i$9個(gè)觸摸板的實(shí)驗(yàn)中統(tǒng)計(jì)出錯(cuò)誤次數(shù)(S)情況表(如表1):

      在錯(cuò)誤次數(shù)比例(P)上數(shù)值變化由高至低:按鍵間隙為0mm(凸面形0.54,平面形0.49,凹面形0.44)、按鍵間隙為1.5mm(凸面形0.41,平面形0.34,凹面形0.27)、按鍵間隙為2.5mm(凸面形0.26,平面形0.23,凹面形0.18)。

      2.間隙因子變化對(duì)觸覺辨識(shí)度的影響:觸覺在三種按鍵寬度間隙的辨識(shí)度中(如圖5),發(fā)現(xiàn)最小的0mm錯(cuò)誤率幾乎達(dá)到一半,說明了在間隙過小的狀況下非常容易造成誤判或無法辨識(shí)的狀況發(fā)生。

      3.按鍵表面形狀因子變化對(duì)觸覺辨識(shí)度的影響:觸覺在三種按鍵表面形狀的辨識(shí)度中(如圖6),發(fā)現(xiàn)凸面型(T)的錯(cuò)誤率比較高,凹面形(A)的錯(cuò)誤率相對(duì)較小,說明了按鍵表面形狀在凹面的狀況下更容易觸覺辨識(shí)。

      以上數(shù)據(jù)顯示,按鍵間隙與按鍵表面形狀因子的檢定上,間隙在2.5mm比1.5mm和0mm觸覺錯(cuò)誤辨識(shí)率上明顯要好很多,錯(cuò)誤次數(shù)結(jié)果呈現(xiàn)為2.5mm<1.5mm<0mm;但是在10英寸迷你筆記本的鍵盤設(shè)計(jì)中,鍵盤區(qū)域面積的有限性,需要對(duì)觸覺錯(cuò)誤數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)實(shí)性的衡量與分析,從按鍵間隙變化帶來的平均錯(cuò)誤率上看,當(dāng)按鍵間隙為2.5與1.5時(shí),平均錯(cuò)誤率的差值僅為0.07,結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)可以參照按鍵間隙為1.5mm的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

      在形狀因子的檢定上則無顯著差異,但是在辨識(shí)錯(cuò)誤次數(shù)上也有微弱變化,觸摸錯(cuò)誤次數(shù)由低至高呈現(xiàn)為:凹面形<平面型<凸面型。

      (三)實(shí)驗(yàn)討論:在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),多數(shù)被試進(jìn)行按鍵觸摸時(shí)的步驟存在差異,部分被試傾向于使用食指的指尖來辨識(shí)實(shí)驗(yàn)任務(wù)板,還有一些使用指甲部分來增加觸覺的感觸與回應(yīng)性,這種差異性是否會(huì)影響被試的觸覺感知辨識(shí)度還未進(jìn)行驗(yàn)證。

      按鍵的尺寸與被試食指尺寸大小不統(tǒng)一,會(huì)引起觸覺按壓感覺變化,認(rèn)為在設(shè)定按鍵寬度時(shí)應(yīng)該思考手指大小的問題,以減少對(duì)于觸摸的限制。通過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),這種感覺變化會(huì)輕微影響被試的辨識(shí)度,并且與被試性別相關(guān)。實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),男性普遍在觸覺辨識(shí)度上落后于女性,這與食指的點(diǎn)擊方式、按鍵的尺寸等因素有一定關(guān)聯(lián),研究中還未對(duì)性別影響進(jìn)行深入分析。

      在對(duì)按鍵間隙和按鍵表面形狀的研究中,發(fā)現(xiàn)兩者變化時(shí)對(duì)于觸覺辨識(shí)度的影響有顯著性差異,這說明按鍵間隙和表面形狀設(shè)計(jì)要依據(jù)手部尺寸,及觸摸感覺進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。同時(shí)也說明通過習(xí)}}練后,觸覺能成為主要感官之,,這在先夭性盲者與弱視群體中可以得到驗(yàn)證。當(dāng)觸覺逐漸成為主要感知器官時(shí),人們感知外部環(huán)境與探索物體的準(zhǔn)確度都會(huì)有大幅度提高,研究從另一方面也為無視覺環(huán)境下進(jìn)行其他觸覺交互操作提供了研究方法。

      結(jié)論

      本實(shí)驗(yàn)探索了無視覺狀態(tài)下觸覺對(duì)于鍵盤按鍵不同狀況的辨識(shí)差異,從實(shí)驗(yàn)過程中可以發(fā)現(xiàn)被試觸覺辨識(shí)與探索行為上的關(guān)聯(lián)性,以及按鍵間隙與按鍵造型變化對(duì)于辨識(shí)能力的影響。

      從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)不同按鍵間隙與按鍵造型對(duì)被試完成實(shí)驗(yàn)操作具有較大影響,鍵盤按鍵的間隙設(shè)計(jì)合理尺寸在2.5mm時(shí)具有較高辨識(shí)度。設(shè)計(jì)中可以根據(jù)產(chǎn)品界限范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)微調(diào),例如在10英寸迷你筆記本鍵盤的有限范圍內(nèi),可以選取數(shù)據(jù)為1.5mm的按鍵間隙。在按鍵不同的表面形狀上,在判別抽樣的平均數(shù)中可發(fā)現(xiàn),唯有凸面形形狀明顯在“錯(cuò)誤次數(shù)”上顯示最高,可推論此形狀在觸覺辨識(shí)時(shí)容易造成干擾影響,因此在按鍵觸覺設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該盡量避免與觸摸動(dòng)作方向相反的形狀,增加觸摸的辨識(shí)度及操作的困難度,所以設(shè)計(jì)中可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況在平面形和凹面形中選擇適宜的形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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