基于增強現實技術的老年人導航應用系統設計

楊前華，萬 宇

(1.南京信息職業技術學院 通信學院，江蘇 南京 210023；2.中國移動通信集團江蘇有限公司 數據部，江蘇 南京210029)

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基于增強現實技術的老年人導航應用系統設計

楊前華1，萬 宇2

(1.南京信息職業技術學院 通信學院，江蘇 南京 210023；2.中國移動通信集團江蘇有限公司 數據部，江蘇 南京210029)

當前的移動互聯網領域，各類移動應用的開發越來越廣泛，然而由于老年人在身體與心理等方面的變化，導致此類應用的老人用戶體驗欠佳。該文針對老人日常出行的基本生活需求，提出了一套基于增強現實技術的老年人導航應用系統，基于增強現實、語音識別等技術，通過適用于老人的交互與視覺設計，簡化老人在使用導航應用中的流程。測試結果表明，基于增強現實技術的老年人導航應用系統簡單易操作，降低老人使用應用時的認知負荷，提高老人導航出行的體驗。

老年人；增強現實；導航；出行

2.DepartmentofDataService，ChinaMobileGroupJiangsuCompanyLimited,Nanjing210029,China)

隨著移動互聯網的發展及智能終端的普及使用，截至2015年5月底，手機網民規模達5.7億，期間涌現了大量的手機電子商務類、休閑娛樂類、信息獲取類、交流溝通類移動應用，極大地方便了人們的生活，特別是增強現實技術與應用的興起[1]，以更直觀的方式為人們展現生活中所需的信息與數據。但由于老年人身體方面的種種原因，使用互聯網的老年人占老年人口總數的比例不到6%，現有的移動應用難以滿足老年人的生活需求[2]，且中國即將步入老齡化社會[3]，日常出行是老年人維持生活的基本保障，如何利用AR等移動互聯網的新技術手段，改善老年人的日常出行，是當前社會急需解決的問題。但由于老年人認知能力的下降[4]，老年人迷路的情況時有發生，智能手機與導航軟件的結合能解決迷路問題，但目前的移動應用大多面向年輕人設計，現有導航等移動應用交互與視覺體驗讓老年人難以使用[5]。針對此難題，國內外學術界已有一些研究。文獻[6-7]提出了一種可用于老年人的交互設計與視覺設計方案，通過提高字體與背景顏色的對比度、增大字體的大小、簡化應用的布局，可有效提高老年人使用移動應用的效率。文獻[8]設計了一款適用于老人的汽車導航，但無法解決老年人步行出行的難題。文獻[9]研究了老年人出行不便的問題，提出使用專屬的導航設備來提醒老人應該去的地方。但定制設備的成本較高，且往往交互流程、顯示方式不如智能手機方便，難以普及給廣大老年人使用。而增強現實作為移動應用的最新技術趨勢，將虛擬的顯示與現實場景結合顯示，可增強移動應用的交互過程，并可有效減低老年人使用移動應用認知下降的問題[1]?？梢娫鰪姮F實技術具備改善老年人出行的可能，但目前卻沒有成熟的研究或成果。

針對上述問題，本文通過增強現實的技術手段，設計基于智能手機適用于老年人出行的導航應用，具有交互簡單、成本低、體驗優等特點。

1 系統設計

在系統設計層面，本文首先根據老年人的特點與導航需求，定義導航應用的設計原則；然后以語音識別、增強現實等技術構建系統的技術框架，實現系統的導航功能。

1.1 設計原則

老年人通常在生理與心理方面都存在一定的特點。在生理方面，由于身體原因，導致他們對移動應用的小字體、顏色等信息感受較弱。在心理方面，老年人在面對應用系統中的各種選項、菜單時容易猶豫不決。因此，本導航應用系統在設計上，為了盡可能地符合老年人的特點，規范設計原則如下：

1)輸入方式需采用語音輸入或選擇輸入的方式，以便減少老年人使用應用時的輸入次數。

2)顯示方式需采用對比度較高的背景與文字，文字盡可能大。

3)交互方式需減少交互次數，并通過語音、振動提示等手段提醒交互結果。

1.2 系統結構設計

按照上述原則，老年人導航應用系統結構分為智能手機客戶端、服務器端兩個部分。智能手機客戶端與老年人進行交互，通過輸入模塊接收老年人的文字選擇或語音輸入，將導航要求、當前位置、圖像傳送給服務器，在獲取服務器的導航路線后，以增強現實的方式展示給老年人；服務器負責解析語音輸入，搜索并規劃導航路徑，根據當前圖像實時反饋導航提示給智能手機客戶端，具體見圖1。

圖1 老年人導航系統架構圖

2 系統開發過程

為了提高應用的使用體驗，選取目前主流、成熟、免費的語音識別、導航、增強現實技術，設計并開發老年人出行導航應用的Android實例，具體采用的第三方技術如表1所示。

表1 主要模塊技術使用說明

系統設計的導航應用Android實例集成了上述的3個模塊，其具體工作流程如圖2所示。

圖2 開發實例流程圖

2.1 語音識別模塊

為了方便老年人輸入語音控制命令，本應用系統在展現主界面后，除了允許老人輸入與選擇目的地外，還將啟動語音識別模塊。語音識別模塊采用科大訊飛的語音識別SDK開發。在導入并初始化訊飛的SDK后，應用系統自動監聽語音命令，并將語音通過訊飛云端的識別服務，識別出定義好的“導航”、“去”等語音命令，然后取出導航的目的地地址。

2.2 導航模塊

在語音模塊完成目的地的識別后，由導航模塊負責對目的地地址(POI)進行檢查，確保輸入的內容為實際可到達的目的地，然后通過百度地圖SDK獲取導航路徑，為下一步的增強現實顯示提供路徑規劃的數據基礎。在判斷目的地為正確的地址信息后，應用系統通過SDK的步行規劃功能，獲取當前位置到目的地的步行路線。

2.3 增強現實模塊

在導航路徑后，系統首先判斷當前手機是否處于鎖屏狀態、或者通過距離傳感器判斷是否在口袋或包中。如不存在上述情況，則老人應該手持手機正在查看線路。這時增強現實模塊將當前位置、攝像頭拍攝的圖像、方位上傳至服務器。由增強現實服務器判斷當前手機的朝向，并結合路線規劃信息，將下一步路徑與距離顯示在攝像頭畫面上。

2.3 界面與交互實例

根據老年人對色彩、使用習慣、字體等需求[10-11]，如圖3所示，本應用實例選用高對比度的大號字體進行信息的展示與提示。在主界面中，老人直接點擊或者通過語音即可輸入目的地地址，開始導航；在導航過

程中，老人拿起手機的攝像頭畫面中，將實時展現去目的地的路線，如老人將手機放入口袋或包中，應用系統將啟動自動關閉屏幕并啟用省電模式；在到達目的地后，攝像頭畫面將提醒已到達目的地，并通過振動的方式進行提醒。

圖3 應用展示效果(截圖)

3 實驗與分析

為了檢驗本文所提出的老人導航的實際應用效果，本章對應用的實際效果進行測試。

3.1 測試對象與方法

認知工作量的測試采用美國航空航天局(National Aeronautics and Space Administration, NASA)的任務負擔指數量表的方式進行認知負荷的測試[12]。

本測試從年齡60～70歲的老人中，隨機選擇20人，平均年齡65歲，男女比例1∶1。測試選取了從“家庭”到“社區”這個典型的任務作為老人的步行導航測試任務，總持續時間不超過10分鐘。為了體現測試的客觀性，測試中選用了本文設計的老人導航與App Store上排行前3位的步行導航軟件[13]進行認知工作量的對比，排行前3位的步行導航軟件分別為百度地圖、高德地圖、騰訊地圖。

3.2 測試結果與分析

從任務的測試結果可知，如表2所示，本文所設計的老人導航應用可明顯降低加權平均值，說明老人導航應用比其余應用系統更適合老人使用。老人導航在使用時，由于其交互流程簡單，基于增強現實的導航提示簡單易懂，老人使用所需的腦力需求、努力程度、受挫感均明顯降低，完成任務所獲得的自我評價得到顯著的提高。

表2 基于NASA-TLX的認知負荷測試結果

從圖4進一步分析可知，由于傳統的導航應用字體較小、進入步行導航功能菜單的層級較多、沒有利用實景顯示導航信息等原因，導致老人使用時所需的腦力需求較多，需要更多的操作努力才能完成任務，提高了老人的認知成本。而無論那種導航應用，由于手機操作都較為輕便，且時間較多，因此對老人的體力需求、時間需求影響都不大。本應用主要通過改善老人使用導航應用的腦力需求，減低所需的努力程度與挫敗感，提高老人使用時的自信與體驗。

圖4 認知負荷結果分析

4 結束語

隨著老齡化社會的到來，針對老人日益增長的日常出行需求及生理與心理特點，文章利用增強現實、語音識別等先進技術，基于目前主流的SDK，通過簡化的交互流程優化老人在使用導航應用的各項步驟，低成本開發了應用實例。測試結果表明，本文所設計的老人導航與目前的導航應用相比，能充分滿足老人的日常出行需求，提高老人出行的體驗。

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楊前華(1982— )，女，碩士生，主研通信協議及軟件；

萬 宇(1982— )，碩士，主研移動通信測試技術。

責任編輯：薛 京

Design of navigation system for aged people based on AR technology

YANG Qianhua1,WAN Yu2

(1.DepartmentofCommunication，NanjingCollegeofInformationTechnology,Nanjing210023,China;

In the field of mobile internet, the development of mobile applications is becoming more and more popular. However, due to the changes in physical and mental aspects of the elderly, old user experience is not good. In this paper, for the basic living needs of the elderly daily travel, a set of technology based on augmented reality technology is proposed which is based on augmented reality and speech recognition technology. The test results show that the navigation system of the elderly people based on augmented reality technology is simple and easy to operate. It can reduce the cognitive load and improve the experience of the old people′s navigation.

old people; augmented reality; navigation; travel

楊前華，萬宇.基于增強現實技術的老年人導航應用系統設計[J]. 電視技術，2016,40(11)：39-42. YANG Q H,WAN Y. Design of navigation system for aged people based on AR technology [J]. Video engineering，2016,40(11)：39-42.

TN929.5

B

10.16280/j.videoe.2016.11.008

江蘇高校品牌專業建設工程資助項目(PPZY2015A092)；南京信息職業技術學院科研基金課題(YK20130501)

2016-03-22