基于氣味情緒效應(yīng)的駕駛消極情緒補(bǔ)償及車載香氛產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究

王偉偉 石顏睿 魏婷 王毅 陳健

摘要：特定氣味會(huì)引起情緒變化，對情緒產(chǎn)生積極或消極的影響。文章基于氣味情緒效應(yīng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)皮電數(shù)值大小與情緒喚醒度呈正相關(guān)。首先，使用視頻誘導(dǎo)法誘導(dǎo)出目標(biāo)情緒，并用市面上常見的香氛進(jìn)行情緒補(bǔ)償，通過皮電數(shù)據(jù)建立香氛與情緒補(bǔ)償之間的效能模型，找到最佳的情緒補(bǔ)償方案。其次，通過問卷調(diào)查找到影響用戶嗅覺體驗(yàn)的基本因素，運(yùn)用AHP層次分析法得到各因素的權(quán)重。最后，分析得到在駕駛狀態(tài)下能夠起到有效補(bǔ)償效能的香氛種類及影響因素，將其應(yīng)用于車載香氛產(chǎn)品設(shè)計(jì)，優(yōu)化用戶的駕駛體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：氣味情緒效應(yīng);視頻情緒誘導(dǎo);皮電數(shù)據(jù);車載香氛產(chǎn)品設(shè)計(jì)

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-9436（2022）18-000-04

0 引言

氣味情緒效應(yīng)指氣味有影響情緒的作用，特定的氣味能喚醒或平復(fù)特定情緒。研究發(fā)現(xiàn)，吸入特定的芳香物質(zhì)可改善人的腦電波、心臟收縮壓、腦血流、肌肉震動(dòng)、心率等生理指標(biāo)，使人產(chǎn)生鎮(zhèn)定、平靜或愉悅等情緒。目前，嗅覺已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，采用適宜的香料，可以激發(fā)航天員的食欲;在睡夢中給予玫瑰花味嗅覺刺激能使睡眠情緒良好，給予臭雞蛋嗅覺刺激會(huì)降低睡眠質(zhì)量;薰衣草氣味有助于在長期任務(wù)中保持注意力;薄荷氣味能增強(qiáng)人的警覺性，調(diào)節(jié)人的情緒和認(rèn)知表現(xiàn)等。

情緒會(huì)影響駕駛體驗(yàn)及駕駛安全，識別消極或負(fù)面情緒并及時(shí)進(jìn)行積極補(bǔ)償可以明顯提高駕駛績效。通常用效價(jià)和喚醒度兩個(gè)維度反映情緒，情緒是否愉快用效價(jià)來反映，范圍是不愉快（負(fù)）到愉快（正）;人的興奮程度用喚醒度來表示，范圍是平靜（負(fù)）到興奮（正）。在相關(guān)研究方面，李磊[1]等通過眼動(dòng)實(shí)驗(yàn)，研究了不同情緒下駕駛員注視到的人數(shù)、區(qū)域、時(shí)間、個(gè)數(shù)的規(guī)律，并提出借助機(jī)器學(xué)習(xí)對駕駛員的不安全行為進(jìn)行預(yù)測預(yù)防。李正盛等[2]研究色彩與情緒的關(guān)系，并借助皮電數(shù)據(jù)建立色彩與情緒的關(guān)聯(lián)模型，相關(guān)成果應(yīng)用于車內(nèi)氛圍燈設(shè)計(jì)，通過變換氛圍燈色彩改善駕駛狀態(tài)下的不良情緒。程靜[3]等通過采集駕駛員心電信號和行車數(shù)據(jù)，利用競爭學(xué)習(xí)算法預(yù)測不同情緒下的駕駛效能。姜欣悅[4]等基于駕駛員多種生理數(shù)據(jù)，識別疲勞駕駛行為并運(yùn)用氣味干預(yù)疲勞駕駛，研制出“疲勞駕駛識別與干預(yù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”。陳麟元[5]等在模擬駕駛狀態(tài)下，通過情緒誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)研究不同情緒對駕駛績效的影響，發(fā)現(xiàn)情緒在高效價(jià)、高喚醒度和低效價(jià)、高喚醒度時(shí)車輛行駛的安全性差等。文章以市面上常見的香氛為對象，通過皮電實(shí)驗(yàn)研究不同類型的香氛對駕駛狀態(tài)下負(fù)面情緒的補(bǔ)償效能，并結(jié)合用戶的喜好，綜合應(yīng)用于車載香氛產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。

1 研究方法與流程

1.1 香氛與情緒關(guān)聯(lián)性分析

大量的研究已充分驗(yàn)證，情緒變化會(huì)引起生理指標(biāo)變化，如皮溫、腦電、心率、皮膚電反應(yīng)[6]。其中，情緒的變化能引起最明顯的皮膚電反應(yīng)變化，皮膚電導(dǎo)與喚醒水平呈線性相關(guān)[7]。在實(shí)驗(yàn)過程中，皮電數(shù)據(jù)具有采集容易、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，本研究借助皮電數(shù)據(jù)作為主要的衡量指標(biāo)，以驗(yàn)證香氛與情緒之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。在研究過程中，采用視頻誘導(dǎo)法誘導(dǎo)出相應(yīng)的情緒，然后通過監(jiān)測皮電數(shù)據(jù)判斷情緒變化。該方法成本低且操作簡單[8]，情緒誘導(dǎo)視頻從羅躍嘉[9]等人建立的情感電影庫中選取，具體流程如圖1所示。

1.2 香氛對駕駛負(fù)面情緒的補(bǔ)償效能分析

選擇市面上常見的花香型、香料型、東方型、果香型、森林型、美食型等基本類型香氛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過模擬駕駛臺(tái)和沉浸式虛擬場景，盡可能模擬真實(shí)的駕駛環(huán)境。被試者借助視頻誘導(dǎo)出特定負(fù)面情緒后，進(jìn)行沉浸式模式駕駛，然后分別記錄無香氛刺激和不同種類香氛刺激的皮電數(shù)據(jù)，通過皮電數(shù)據(jù)的變化判定香氛對駕駛狀態(tài)下負(fù)面情緒的補(bǔ)償效能，相關(guān)實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。

2 對駕駛負(fù)面情緒的補(bǔ)償效能實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備與有效性驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用型號為ErgoLAB的智能穿戴生理記錄儀器，數(shù)據(jù)采集軟件為皮電反應(yīng)分析軟件，頻率為244Hz。實(shí)驗(yàn)室空間大小為3×3×4（單位：m），通風(fēng)及溫度濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)完善。與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的影響因素及設(shè)定如表1所示。

2.2 視頻情緒誘導(dǎo)及有效性分析

實(shí)驗(yàn)需誘導(dǎo)特定情緒，為驗(yàn)證所選視頻是否能有效誘導(dǎo)所需情緒，實(shí)驗(yàn)前需進(jìn)行有效性驗(yàn)證。被試者通過主觀情緒量表對視頻誘導(dǎo)特定情緒的效果進(jìn)行評分 [10]，其中-2代表極其不同意，-1表示不同意，0表示無所謂，1表示同意，2表示極其同意，數(shù)據(jù)如表2所示。

對結(jié)果進(jìn)行信度分析，判斷視頻情緒誘導(dǎo)是否具有可行性。信度分析公式為α=（k/（k-1））×（1-（∑Si^2）/ST^2）。量表系數(shù)在0.8以上為最佳，0.7～0.8為良好，若在0.6以下說明數(shù)據(jù)不可靠。此評價(jià)信度分析為α=0.892>0.6，表明數(shù)據(jù)可靠。

2.3 皮電數(shù)據(jù)采集與分析

通過實(shí)驗(yàn)，測得不同情緒下的皮電數(shù)據(jù)組合。生氣情緒下皮電數(shù)據(jù)如圖3所示，厭惡情緒下皮電數(shù)據(jù)如圖4所示，愉快情緒下皮電數(shù)據(jù)如圖5所示，平常情緒下皮電數(shù)據(jù)如圖6所示。虛線表示無香氛刺激時(shí)的皮電數(shù)據(jù)，皮電值單位為μS。

在情緒相同時(shí)使用不同香氛，皮電值大小代表香氛對不良情緒的補(bǔ)償作用效能。為方便分析，運(yùn)用李克特量表對效能進(jìn)行重新表征：0代表無平復(fù)效果，1代表稍有平復(fù)效果，2代表很有平復(fù)效果，如表3所示。

2.4 香氛影響用戶嗅覺體驗(yàn)分析

通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，嗅閾值、氣味類型、氣味強(qiáng)度、氣味濃度四個(gè)指標(biāo)是香氛影響用戶嗅覺體驗(yàn)的主要因素，如表4所示。運(yùn)用AHP層次分析法計(jì)算各因素的權(quán)重，作為車載香氛產(chǎn)品的主要參數(shù)，以達(dá)到更好的用戶體驗(yàn)效果。

2.4.1 計(jì)算用戶體驗(yàn)影響因素的權(quán)重

選取有駕駛經(jīng)驗(yàn)的人員，組成決策者，對各評價(jià)指標(biāo)用1～9的比例標(biāo)度進(jìn)行兩兩比較，判斷矩陣T如下：

其中Tij表示Xi相對于Xj對于T的重要程度，通過以上判斷矩陣可知，Tij的賦值是通過調(diào)查問卷得出的，且Tij×Tji=1。各指標(biāo)的權(quán)重值為判斷矩陣的最大特征值所對應(yīng)的特征向量，用方根法計(jì)算權(quán)重。為了能夠定量化這種重要程度，運(yùn)用九分制標(biāo)度來進(jìn)行重要性的對比，如表5所示。收集數(shù)據(jù)后進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

2.4.2 一致性檢驗(yàn)

為使數(shù)據(jù)更加客觀，對數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。用MATLAB計(jì)算，計(jì)算公式如下：

計(jì)算一致性指標(biāo)：

一致性檢驗(yàn)：CI為（最大特征根值-n）/n-1的商。=0

隨機(jī)一致性指標(biāo)：<0.1。通過一致性檢驗(yàn)的歸一化數(shù)據(jù)如表6所示。

將歸一化的矩陣按行求和，之后相加所得出的每個(gè)元素除以4即能得到權(quán)重值，香氛影響用戶體驗(yàn)因素權(quán)重值如表7所示。

2.4.3 結(jié)果

嗅覺影響因素權(quán)重從高到低分別為：氣味類型、氣味強(qiáng)度、嗅閾值、氣味濃度，在二級指標(biāo)中人們更傾向于自然、強(qiáng)度小、嗅閾值低、濃度低的香氛。在對特定情緒平復(fù)效果接近的情況下，選擇權(quán)重大的影響因素以優(yōu)化用戶體驗(yàn)。

3 車載香氛設(shè)計(jì)

3.1 香氛調(diào)節(jié)模式設(shè)計(jì)

基于駕駛情境總結(jié)出6種模式，分別是歡迎模式、娛樂模式、放松模式、音樂模式、專注模式、泊車模式。用A1、A2、A3、A4、A5、A6來表示：A1代表剛進(jìn)車內(nèi)，還未發(fā)動(dòng)車子，情緒為平常;A2是駕駛環(huán)境為一般的場景;A3、A4代表駕駛環(huán)境良好，情緒愉快;A5表示駕駛環(huán)境糟糕，情緒為厭惡或生氣;A6表示駕駛環(huán)境一般，情緒平常。香氛調(diào)節(jié)模式設(shè)計(jì)如表8所示。

3.2 車載香氛產(chǎn)品設(shè)計(jì)

產(chǎn)品由兩部分組成，一部分是方向盤上的皮電儀器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測情緒變化，傳輸皮電數(shù)據(jù);另一部分是車載香氛產(chǎn)品，產(chǎn)品配合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施香氛搭配設(shè)計(jì)。車載香氛整體為簡單的圓柱體，造型簡潔，顏色以黑灰色為主，頂上可顯示溫度和濕度等信息，效果圖如圖7所示。

4 結(jié)語

本文基于氣味情緒效應(yīng)進(jìn)行香氛與情緒關(guān)聯(lián)性實(shí)驗(yàn)，得出皮電數(shù)值大小與情緒喚醒度呈正相關(guān)。針對車載香氛對駕駛負(fù)面情緒的補(bǔ)償效能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出皮電數(shù)據(jù)，分析有無車載香氛刺激下皮電數(shù)據(jù)的大小以得出補(bǔ)償效能的大小。通過問卷調(diào)查得出影響用戶嗅覺體驗(yàn)的因素，基于AHP層次分析法得出各因素的權(quán)重并運(yùn)用到車載香氛設(shè)計(jì)中?；谏鲜鼋Y(jié)論，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景設(shè)計(jì)出香氛調(diào)節(jié)模式和車載香氛產(chǎn)品。

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作者簡介：王偉偉（1983—），男，山西長治人，博士，教授，研究方向：用戶體驗(yàn)與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。

石顏睿（1998—），男，江蘇宿遷人，碩士在讀，系本文通訊作者，研究方向：用戶體驗(yàn)與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

魏婷（1994—），女，陜西西安人，博士在讀，研究方向：設(shè)計(jì)學(xué)。

王毅（1984—）男，河南鄭州人，博士，副教授，研究方向：色彩情感設(shè)計(jì)、可持續(xù)設(shè)計(jì)。

陳?。?987—），男，陜西咸陽人，博士，講師，研究方向：產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：本論文為陜西省創(chuàng)新能力支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2021PT-025;陜西高?！扒嗄杲艹觥比瞬胖С钟?jì)劃資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2020-50