人機(jī)交互技術(shù)下智能鞋包的設(shè)計(jì)方案研究

王飛，鐘誠(chéng)，陳佳禾，王可卿，林美陽(yáng)，黃永安

（江西服裝學(xué)院，江西 南昌 330201）

0 引言

隨著人工智能時(shí)代的快速到來(lái)，鞋包產(chǎn)品作為微電子元器件的理想穿著者受到了極大的關(guān)注，有關(guān)鞋包產(chǎn)品正在不斷面世[1]。但是，促進(jìn)智能鞋包的設(shè)計(jì)不僅要提供基本的插口功能，還要在情感層面上滿足消費(fèi)者自身對(duì)產(chǎn)品的體驗(yàn)。在智能鞋包的情感化設(shè)計(jì)中引進(jìn)人機(jī)交互技術(shù)，可以為智能鞋包的情感設(shè)計(jì)指引新的發(fā)展方向。通過(guò)功能性配件和鞋包的有機(jī)結(jié)合，利用特定的聲音、觸覺(jué)操作等方式，增強(qiáng)使用者在穿著智能鞋包時(shí)的情感體驗(yàn)。人機(jī)互動(dòng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和產(chǎn)品本身的互動(dòng)，是感性設(shè)計(jì)的重要體現(xiàn)。隨著消費(fèi)者繼續(xù)集中于感性體驗(yàn)，在智能鞋包中使用人機(jī)相互作用技術(shù)的情況將越來(lái)越多。

1 人機(jī)交互的方式

人機(jī)交互技術(shù)（Human Computer Interactive Technology）是指通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)出設(shè)備，將大量相關(guān)信息和提示請(qǐng)求的機(jī)器通過(guò)輸出或顯示裝置提供給人們；通過(guò)錄入機(jī)器、答疑解惑、提出要求等。人機(jī)交互技術(shù)是計(jì)算機(jī)用戶界面設(shè)計(jì)的重要因素之一。人機(jī)交互技術(shù)（Human Machine Interactive Technology）是為了減輕人類的工作負(fù)擔(dān)，提高人類的生活質(zhì)量。這種將人的智能、思維、行為與電腦功能相結(jié)合的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)人與機(jī)器的互動(dòng)，使人與電腦的互動(dòng)變得更加方便和直觀。

1.1 觸摸式交互

觸覺(jué)相互作用現(xiàn)在被廣泛使用。觸摸移動(dòng)設(shè)備、觸摸計(jì)算機(jī)、觸摸拍攝設(shè)備、觸摸電子顯示器等，由于觸摸的廣泛使用和進(jìn)步，觸摸屏越來(lái)越接近人的生活。真的達(dá)到了可以“觸摸”的地步。觸摸屏以其快速、簡(jiǎn)單、自然、節(jié)省時(shí)間、快速反應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛接受，成為目前人機(jī)互動(dòng)的最便捷的一種觸控屏。

1.2 語(yǔ)音識(shí)別

自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別(Automatic Speech Recognition，簡(jiǎn)稱ASR)，又稱語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，其目的是將人的詞匯計(jì)算機(jī)化，例如轉(zhuǎn)換成按鈕、電信號(hào)、編碼或文字排列。語(yǔ)音識(shí)別無(wú)疑是未來(lái)最被看好的人機(jī)互動(dòng)方式。尤其是在今天，通過(guò)生成對(duì)話命令，不同的穿戴式智能設(shè)備之間的互動(dòng)最為有效可行。用戶可以“感覺(jué)”“靈活”地訪問(wèn)信息、給出指示，而不會(huì)感到尷尬和不適。這是與智能機(jī)器互動(dòng)的最佳方式。

1.3 體感交互

身體感覺(jué)技術(shù)，可稱為動(dòng)作識(shí)別技術(shù)，也可稱為手勢(shì)識(shí)別技術(shù)。運(yùn)動(dòng)偵測(cè)技術(shù)（Motion Detection Technology）是幾乎所有感官互動(dòng)娛樂(lè)產(chǎn)品的核心技術(shù)，也是新一代高級(jí)人機(jī)互動(dòng)技術(shù)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)物體位置的光學(xué)檢測(cè)，判斷物體的動(dòng)作，并進(jìn)行交互式的活動(dòng)（interactive）。

1.4 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將計(jì)算機(jī)生成的信息覆蓋起來(lái)，是一種新的現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也叫復(fù)合現(xiàn)實(shí)（Complex Reality），它是一種技術(shù)，利用電腦系統(tǒng)所提供的資訊，來(lái)提升使用者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感受。在現(xiàn)實(shí)世界中應(yīng)用虛擬信息，在現(xiàn)實(shí)世界中疊加由電腦生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)的提示，以達(dá)到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)世界的目的，也就是提升現(xiàn)實(shí)。

1.5 無(wú)聲識(shí)別技術(shù)

靜音語(yǔ)音識(shí)別就是某種靜音閱讀識(shí)別。用戶即使不發(fā)出聲音，設(shè)備也可以將喉嚨聲帶運(yùn)動(dòng)發(fā)出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)言，解讀人們所要表達(dá)出的意思。但這項(xiàng)技術(shù)還處于起步階段。眼部動(dòng)作追蹤、人的面部表情辨識(shí)、腦波操作都可歸于靜音辨識(shí)技術(shù)。

2 智能鞋所需要的技術(shù)

從運(yùn)動(dòng)成績(jī)的計(jì)算到健康狀況的監(jiān)測(cè)和健康指標(biāo)的評(píng)估，智能鞋都可以為用戶提供個(gè)性化的反饋報(bào)告。人們將傳統(tǒng)的鞋子，結(jié)合技術(shù)設(shè)計(jì)，試圖提高其舒適度和簡(jiǎn)便程度、感知其健康程度。其中最為常用的智能設(shè)計(jì)就是通過(guò)對(duì)鞋墊進(jìn)行傳感器與藍(lán)牙連接的配件，可以將動(dòng)作和位置與智能移動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用程序連接起來(lái)，達(dá)到智能鞋的要求。

智能鞋開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)和分析的系統(tǒng)工作，運(yùn)用傳感器來(lái)從智能鞋中獲取數(shù)據(jù)：

步態(tài)分析采用加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)等組成的慣磁測(cè)量單元。

利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（如GPS、GLONASS 和GALILEO）提供實(shí)時(shí)的位置信息。

壓力傳感器用于提供步態(tài)中體重分布的信息。

用于從與海拔高度有關(guān)的活動(dòng)和周?chē)h(huán)境中獲取數(shù)據(jù)的環(huán)境傳感器（包括大氣壓力、光線和聲音傳感器）。內(nèi)部狀態(tài)傳感器用于提供有關(guān)電池和內(nèi)存容量的信息。

除了依靠感應(yīng)器記錄，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還擁有基于云端的數(shù)據(jù)傳輸能力。在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中，收集大量原始數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為可用信號(hào)，就必須使用高精度的傳感器陣列，才能獲得精確的測(cè)量結(jié)果。通過(guò)運(yùn)用濾波器、漂移校正或基于梯度下降的算法，對(duì)原始傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，以獲得相關(guān)信息。從低維空間的映射是通過(guò)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多個(gè)維度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。采用多種方法，如順序模型，模板，多維子序列，動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整等，可以更精細(xì)地分割數(shù)據(jù)。這些技術(shù)能夠很好地結(jié)合運(yùn)動(dòng)參數(shù)和使用者的身材特點(diǎn)。提取和分析步態(tài)或活動(dòng)模式，可為個(gè)性化反饋、可視化和多種健康應(yīng)用提供有效手段。

3 智能鞋包的設(shè)計(jì)原則

3.1 注重安全性

安全是智能鞋包設(shè)計(jì)的首要原則。避免為保障用戶安全健康，產(chǎn)品存在放電過(guò)度、發(fā)熱過(guò)大等安全隱患。

3.2 應(yīng)該優(yōu)先考慮用戶體驗(yàn)

對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)而言，無(wú)論是否為智能產(chǎn)品，以用戶需求為中心是設(shè)計(jì)師公認(rèn)的原則之一[2]。以用戶需求和行為習(xí)慣為中心，提供設(shè)計(jì)和功能，更貼合用戶的需求。智能鞋包的設(shè)計(jì)要以功能實(shí)用性為主，緊密結(jié)合產(chǎn)品功能與設(shè)計(jì)，以避免功能冗余、操作繁雜的情況出現(xiàn)[3]。

3.3 注重美感和個(gè)性化

讓產(chǎn)品提供更符合用戶審美的設(shè)計(jì)與接口，在實(shí)用性與美感之間取得平衡。

3.4 注重耐用性和可靠性

產(chǎn)品應(yīng)該能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，具備一定的防水、防摔、防塵等性能，以保證產(chǎn)品的使用壽命和可靠性。

3.5 盡量簡(jiǎn)單易用

避免過(guò)多復(fù)雜的操作和功能，讓用戶能夠快速上手使用產(chǎn)品。

3.6 具備一定的可擴(kuò)展性

方便用戶隨時(shí)升級(jí)產(chǎn)品功能和系統(tǒng)，滿足用戶不斷變化的需求。

4 智能鞋包的設(shè)計(jì)實(shí)踐

智能鞋包產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。除了需要深入研究用戶需求外，還需要根據(jù)技術(shù)選型和人機(jī)交互等因素進(jìn)行實(shí)踐操作。只有當(dāng)深入了解用戶需求、充分發(fā)揮創(chuàng)造力、并通過(guò)不斷地測(cè)試和優(yōu)化，使得產(chǎn)品更加完善，才能創(chuàng)建出有意義的智能鞋包產(chǎn)品，真正為用戶們提供高效健康的生活體驗(yàn)。

4.1 需求分析

智能鞋包產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成功，很多時(shí)候是依靠深入了解用戶的需求。因此，需求分析是智能鞋包產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。在需求分析中，需了解用戶的交互習(xí)慣、社交行為、購(gòu)買(mǎi)決策等等信息，以制定合適的設(shè)計(jì)策略。

4.2 原型設(shè)計(jì)

將概念轉(zhuǎn)化為具體形態(tài)和實(shí)用性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，原型設(shè)計(jì)是智能鞋包產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要階段。原型設(shè)計(jì)一般分為低保真和高保真兩種，在產(chǎn)品定型前期，高保真原型設(shè)計(jì)可以快速進(jìn)行多次溝通和迭代，幫助智能鞋包產(chǎn)品設(shè)計(jì)在較短的時(shí)間內(nèi)捕捉到用戶的反饋。

4.3 界面設(shè)計(jì)

接口設(shè)計(jì)的宗旨是為用戶提供易于操作的產(chǎn)品接口。優(yōu)秀的界面設(shè)計(jì)應(yīng)該體現(xiàn)清晰、美觀、協(xié)調(diào)好的整體效果，并且要能夠吸引用戶的注意力，使用戶更有興趣去使用它。

4.4 測(cè)試與優(yōu)化

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最終測(cè)試與優(yōu)化階段是為產(chǎn)品提供更好的交互效果和更舒適的使用體驗(yàn)。測(cè)試包括各種測(cè)試方法，如用戶體驗(yàn)測(cè)試、功能測(cè)試、性能測(cè)試等等，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否滿足用戶需求并且能夠提供良好的用戶體驗(yàn)。優(yōu)化包括持續(xù)地維護(hù)和迭代，以便產(chǎn)品不斷地優(yōu)化自身，提高產(chǎn)品性能和功能，以適應(yīng)用戶的需求。

5 一種鞋包智能定位系統(tǒng)案例研究

由第一殼體和固定夾組成的智能鞋包定位裝置，其中固定夾內(nèi)裝有防滑齒，警燈和蜂鳴警報(bào)器分別安裝在第一殼體的一側(cè)，電路板則安裝在結(jié)構(gòu)緊湊便于攜帶的第二殼體內(nèi)，無(wú)線模塊、PLC 控制器和紐扣電池等裝置；這種固定夾安裝起來(lái)比較方便，為了保證它的防滑性能，還配有防滑齒；GPS 模塊的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了手機(jī)與衛(wèi)星信號(hào)的連接，通過(guò)衛(wèi)星定位反射到手機(jī)上，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)攜帶定位裝置的位置；為了確保老人、孩子或遠(yuǎn)游親人的安全，必須充分獲取其位置信息，并采取有效措施加以保護(hù)；該設(shè)備配有可實(shí)現(xiàn)報(bào)警指示燈和蜂鳴報(bào)警器，方便使用者迅速定位。

工作原理：在鞋包上安裝定位裝置，并在固定夾內(nèi)設(shè)置防滑齒，以確保定位裝置不會(huì)脫落；在手機(jī)內(nèi)置藍(lán)牙模塊中插入定位裝置，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)對(duì)定位裝置進(jìn)行定位功能。GPS 模塊在定位裝置內(nèi)扮演著定位的角色，它將手機(jī)與衛(wèi)星信號(hào)連接起來(lái)，并通過(guò)衛(wèi)星定位反射到手機(jī)上，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)攜帶定位裝置的人的位置；當(dāng)家中鞋包擺放得雜亂無(wú)章，難以辨認(rèn)時(shí)；可以啟動(dòng)手機(jī)，通過(guò)藍(lán)牙把手機(jī)中預(yù)先存儲(chǔ)好的定位信息發(fā)送到服務(wù)器，服務(wù)器接收后對(duì)該物品進(jìn)行標(biāo)記處理，從而達(dá)到快速查找目的。在預(yù)先安裝了定位裝置的情況下，用戶可以通過(guò)手機(jī)搜索并連接定位裝置發(fā)出的無(wú)線信號(hào)，從而向發(fā)送PLC 控制器發(fā)出警報(bào)信號(hào)。PLC 控制器會(huì)控制報(bào)警燈和蜂鳴報(bào)警器開(kāi)始發(fā)出警報(bào)，以方便用戶尋找該裝置。

6 智能鞋包的情感化設(shè)計(jì)

6.1 情感需求層次

所謂情感，可以理解為人的一種態(tài)度體驗(yàn)，客觀事物是否能與自己的需求相吻合。就情感化設(shè)計(jì)理論體系而言，馬斯洛的理論有著重大的指導(dǎo)作用。該理論通過(guò)價(jià)值關(guān)系這一紐帶把人們的情感需求劃分為5 個(gè)等級(jí)，由低至高分別是生理、安全、交往、尊重以及自我實(shí)現(xiàn)需求。生理需求是外在感官對(duì)愉悅感的要求，安全需求則是人類自身安全感的保證，也是情感需求發(fā)展的初始階段，相應(yīng)地人機(jī)交互技術(shù)中就是要確保智能鞋包功能性與穩(wěn)定性。社交需求即情感的溝通和交互，屬于情感需求中級(jí)階段，它需要人機(jī)交互下智能同理性、適配性以及借助智能鞋包能夠形成很好的交互、提升自己的交際形象。尊重需求是對(duì)個(gè)人情感的尊重和對(duì)社會(huì)認(rèn)同的獲得，對(duì)潛能的開(kāi)發(fā)和對(duì)自身價(jià)值實(shí)現(xiàn)需求的高級(jí)體現(xiàn)。智能鞋包在人機(jī)互動(dòng)的這個(gè)階段，要有感情的體驗(yàn)，要有互動(dòng)性等等。已有智能鞋包多數(shù)已經(jīng)滿足生理與安全兩大初級(jí)層次要求，在滿足較高層次情感需求方面仍存在缺陷。

6.2 情感化設(shè)計(jì)層次

人類的情感表現(xiàn)為自己對(duì)外部刺激的回饋與感知，唐納德·A.諾曼教授把人類情感劃分為本能層、行為層和反思層3 個(gè)層面，如圖1 所示。為了幫助喚醒使用者的心情，智能鞋包產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)要兼顧這3 個(gè)層面的感受，根據(jù)這些感受進(jìn)行獨(dú)特的設(shè)計(jì)定位以獲取消費(fèi)者對(duì)其情感的感受和認(rèn)可。

圖1 人機(jī)交互下智能鞋包情感設(shè)計(jì)層次與需求層次分析

6.2.1 本能層次設(shè)計(jì)

本能層次指人類生理層面對(duì)于外界刺激所做出的回饋，如鞋包顏色，樣式，花紋等外觀特征會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)使消費(fèi)者發(fā)生視覺(jué)停留，從而使其獲得直接情感體驗(yàn)。假如消費(fèi)者此時(shí)此刻的心情很愉悅，那么這款商品就會(huì)獲得消費(fèi)者本能層次的認(rèn)可，并由此而萌生體驗(yàn)?zāi)酥临?gòu)買(mǎi)愿望。同樣的道理，如果此刻消費(fèi)者情緒低落，那么消費(fèi)者本能層面的抗拒也會(huì)降低甚至打消購(gòu)買(mǎi)欲望。設(shè)計(jì)是最直白的本能層次，也是感情宣泄的起點(diǎn)。所以在智能鞋包設(shè)計(jì)過(guò)程中要對(duì)用戶偏好進(jìn)行充分調(diào)查，并提取出易打動(dòng)用戶情感的顯性元素。

6.2.2 行為層次設(shè)計(jì)

從這個(gè)層面上講，重點(diǎn)在于使用效率以及使用時(shí)的愉悅感等方面[4]，如可否更方便佩戴、可否順暢發(fā)揮智能性、審美可否與消費(fèi)者所處的環(huán)境和諧統(tǒng)一等。行為層面的情緒體驗(yàn)會(huì)在一定程度上影響本能層面的選擇。所以在對(duì)智能鞋包進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)把人們的認(rèn)知范圍以及行為習(xí)慣作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，使其設(shè)計(jì)合理、使用方便、快捷，在實(shí)踐中符合消費(fèi)者情感需求。

6.2.3 反思層次設(shè)計(jì)

在這個(gè)層面上，人注重自我情感反饋與價(jià)值提升。這一層情感與人們的認(rèn)知，體驗(yàn)，經(jīng)歷和文化密切相關(guān)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)中更需關(guān)注服飾和用戶間的感情交流，利用用戶和機(jī)器（系統(tǒng)）之間的互動(dòng)，經(jīng)過(guò)機(jī)器運(yùn)算的智能鞋包可以貼合用戶隱性需求、反映更深的感受、豐富用戶情感體驗(yàn)。讓用戶在展示個(gè)人魅力的同時(shí)，也能更好的體現(xiàn)自我價(jià)值。

7 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著全球新—輪科技和產(chǎn)業(yè)革命的蓬勃發(fā)展，我國(guó)的智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。人機(jī)交互設(shè)計(jì)也將成為智能發(fā)展和創(chuàng)新的核心要素。通過(guò)對(duì)用戶調(diào)研結(jié)果分析智能鞋包的安全性，即使用時(shí)的安全，對(duì)人體有無(wú)副作用；使用時(shí)的舒適性，即面料舒適、電子元件融合進(jìn)鞋包無(wú)異物感；鞋包的美觀性，即穿戴時(shí)的樣式要時(shí)尚美觀；鞋包情感表達(dá)的準(zhǔn)確性，即能準(zhǔn)確地體驗(yàn)穿戴者的情感數(shù)據(jù)。將智能鞋包情感化的設(shè)計(jì)進(jìn)行功能性方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改良，使受眾體的鞋包達(dá)到最大的舒適性、實(shí)用性、智能化。不僅是對(duì)鞋包設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，更是為鞋包設(shè)計(jì)提供新的思路，人機(jī)交互技術(shù)不僅僅能提高工作效率，也直接或間接地促進(jìn)了社會(huì)發(fā)展和引領(lǐng)社會(huì)進(jìn)步。