物聯網環境下的智能語音交互燈具設計

王宇 陳駿

摘要：設計出適合物聯網環境的智能語音交互燈具，為用戶提供更多可供選擇的智能語音產品。以用戶體驗為基礎，將“智能化”的概念引入燈具設計中，應用Arduino及傳感器進行研發，探討燈具交互設計所關注的內容、形式、行為三部分內容。得出物聯網環境下智能語音交互燈具的設計方案，提出在不同使用場景下交互設計的新思路。智能語音交互燈具設計通過語音交互技術的引入給物聯網環境下的產品設計帶來巨大的意義和價值。

關鍵詞：燈具設計 語音交互 用戶體驗 物聯網 Arduino

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2019）01-0011-03

Abstract： It design the intelligent voice interactive lighting which provides users with more choice of intelligent voice products in Internet of things environment. It is based on the theory of user experience.The Arduino and sensor are used for design and development.And discusses three parts focused by the lighting interaction design which include behavior design， content design， form design. It is concluded that the design plan of intelligent voice lighting design in the internet of things environment.This paper presents a new idea of interactive design to intelligent voice interaction lighting in different usage scenarios. It will bring great significance and valuable to product design in the Internet of things environment by introducing of voice interaction.

Keywords： Lighting design Voice interaction User experience The Internet of things Arduino

引言

智能家居是一個龐大的家居生態系統，是在物聯網的影響之下物聯化的表現，而智能家居時代是物聯網走進家庭的時代。物聯網讓用戶通過各種產品來控制家用設備，在不同的情景下使多個設備構成聯動，經過產品的“智能化”判別，給用戶帶來最高水平的高效、方便、舒適與安全。在物聯網環境下，產品設計更關注智能化所帶來的用戶體驗的優化。從燈具智能化、用戶需求、交互設計等方面出發，對物聯網環境下的產品進行設計研究，從而設計出應用于物聯網環境下的智能語音交互燈具，為用戶提供良好的產品用戶體驗和智能家居體驗。

一、物聯網環境下的智能化產品分析

（一）物聯網環境下發展現狀及分析

智能家居已經悄然興起，人工智能（Artificial Intelligence）逐步走進人們的視線，而語音識別技術作為人工智能的重要組成部分，也逐漸成熟化，并應用于產品當中，產品的語音交互是未來物聯網的主要發展趨勢。

物聯網是指把所有物品通過射頻識別（RFID）、無線數據通信等信息傳感技術與互聯網連接起來，組成具有智能化識別和管理功能的網絡系統[1]。智能產品的表現形式也不再局限于單一的實體產品、軟件產品或者互聯網產品，集成物聯網技術的系統性智能產品也將更好地為人服務[2]。

目前，各大互聯網及電商平臺普遍嗅到智能語音交互的藍海，并以迅速研發了較為成熟的智能音響作為物聯網語音交互的入口。但從物聯網家居環境的產品布局及用戶需求上來看，物聯網的語音入口應以模塊化的形式廣泛存在于各種家居產品中，形成根植于多樣產品中的語音交互入口。在未來，智能語音產品會作為物聯網最大的入口，在一個較大的智能家居環境中，產品可通過智能化的空間感知能力，根據用戶的朝向、位置等維度進行智能判別，主動喚醒最適合的語音交互產品進行應答（如圖1），完成產品的自主思考，優化物聯網環境中的用戶體驗。

（二）物聯網環境下的智能語音交互燈具需求分析

隨著物聯網技術的逐漸成熟，物聯網環境下的產品越來越豐富，從智能音響到全自動掃地機器人再到智能電飯煲，都在慢慢豐富物聯網環境下的產品。目前，世界上的智能化發展趨勢是往強人工智能的方向前進，智能的人機交互通常有兩種途徑來實現，一個是界面交互，一個是語音交互[3]。隨著技術的不斷發展，語音交互在技術上已經不斷成熟，且逐步進入到人們的生活中，進入到了智能家居環境中，以產品的智能化極大地優化用戶體驗。

從使用場景方面來說，物聯網下的智能產品可以處于智能家居環境中的任何角落。但在功能分明的智能家居環境中，適合作為物聯網語音入口的智能產品卻是有選擇性的。選擇符合用戶語音交互心理的產品進行設計，且產品可應用的環境較為廣泛，才是符合經濟性原則的選擇。相對于其他產品，燈具適用于絕大多數家居環境。從用戶習慣上來看，燈具語音交互的學習成本較低，更符合用戶心理。

從用戶需求方面來說，只有把用戶需要的給到用戶，才是產品用戶體驗的起點，離開了用戶需求，一切用戶體驗的改良也就毫無意義?，F代主義燈具設計強調燈具的照明功能，為人們提供明亮的工作、學習、生活環境，滿足了人們對舒適、健康生活的需求[4]。從電燈被發明開始，人們對于更便捷的開關燈的方式的探索就從未停止，拉、按、提、滑等機械開關方式被發明，聲控、光控、紅外感應等感應開關的方式也走進人們的生活。但真正能滿足用戶細微處用戶體驗的燈具一直都在設計的進程中，而智能語音交互燈具的設計也正是滿足這種用戶需求中的一小步，讓用戶以更加輕松的方式完成照明需求，甚至是燈具以無感的方式為用戶自動開啟，提醒關心用戶，滿足用戶情感化需求。

從交互體驗方面來說，語音交互簡單、便捷，也因為語音交互的引入，讓燈具設計在其他交互方面有更多的可能性。有趣的、有感情交互體驗是良好用戶體驗的加分項，智能化的引入不但讓產品本身擁有了更多交互上的可能，也讓物聯網環境中物與物的交互創新擁有更多的可能性，豐富產品內容，從而給用戶帶來良好的用戶體驗。

二、智能語音交互燈具的設計與用戶體驗

（一）Arduino及傳感器的應用

智能語音交互燈具的設計可通過Arduino和傳感器的應用進行研發。Arduino是較成熟的開源電子平臺原型，其主要包括硬件的電路板和程序開發環境。設計者只需在開發環境中編寫程序，將程序上傳到Arduino電路板中，程序便能執行操作，從而實現設定的功能[5]。Arduino能通過各種傳感器來感知環境，對用戶需求進行判分析，進而達到產品智能化。

智能是在相對于參照人腦機理的運作模式下，對能夠進行處理問題，能夠吸取思維與經驗對事物做出分析反應的一種表現，我們稱之為智能?。智能是連接人的行為和產品反饋之間的重要因素，因為產品有了智能的概念，才對人的行為和周圍環境有了判斷、反饋，繼而減少了用戶的思考行為，優化了用戶體驗（如圖2）。

基于Arduino的智能語音交互燈具的硬件搭建主要包括Arduino UNO控制板、Voice Recognition中文語音識別模塊、SpeechSynthesizerBee語音合成模塊、IO傳感器擴展版、無線W舊藍牙模塊、各種傳感器等。通過程序的調試和這些基本元件的組裝（如圖3），完成智能語音交互燈具的基本智能化，即智能判斷用戶對于燈光的需求，語音操控調整、提醒;根據天氣、節日、環境的設定，主動調整亮度、顏色等。

應用無線WiFi+藍牙模塊，智能語音交互燈具可以接入物聯網，成為物聯網環境下的語音入口，語音控制物聯網中的其他產品，形成物聯網環境中的產品聯動（如圖4），優化智能家居的用戶體驗。另外，基于Arduino的智能語音交互燈具的設計可以添加其他傳感器和硬件設備，對產品進行功能上的擴展，針對特定環境或人群豐富產品內容。

（二）智能語音交互燈具的用戶體驗設計

為適應體驗經濟下人們的消費需求特點，越來越多的企業和國內外學者聚焦用戶體驗的研究。目前，對于用戶體驗的研究主要集中在互聯網與手持移動終端的設計上[7]，但在很多領域都存在著用戶體驗，特別是產品設計領域。

用戶體驗首先由Norman提出，指出成功的用戶體驗必須做到首先在不騷擾、不使用戶厭煩的情況下滿足顧客的需求;其次，提供的產品要簡潔優雅，讓顧客用得高興、愉悅地擁有;另外，要能給用戶帶來額外的驚喜[8]。在未來的競爭中，面對越來越多缺乏耐心的用戶，細微體驗上的差別便可決定產品的命運。在產品設計中，只有充沛考慮到用戶體驗的要素，才能設計出讓用戶滿意的產品。

從用戶體驗的內容方面來看，其主要組成部分包括用戶、產品和交互。智能語音交互燈具設計也是通過這三方面的綜合考慮來優化用戶體驗的。從用戶的角度來看，用戶體驗具有諸多不確定因素，且主觀性很強。個體的差異決定了產品用戶體驗的差異。只有在界定了一個相對明確的用戶群后，用戶體驗的共性才能更好地通過設計來實現。產品方面的用戶體驗主要是工業設計層面來看，主導產品用戶體驗的因素主要包括顏色、材質、形態、功能等，可從整體和細節上逐一優化，帶給用戶獨特的五感體驗。

交互是用戶體驗的重要組層部分，用戶體驗在某種程度上是交互的延伸，是研究產品如何與外界發生聯系并產生作用的，更生動更有趣的交互是優化用戶體驗的重要因素，同時，可用性和易用性是交互設計的基本要素。交互不單單是產品與人的互動行為，也是產品與環境的信息交換，以用戶為中心的縝密思索是產品設計的重要部分。

簡而言之，智能語音交互燈具要做到良好的用戶體驗需要同時關注這三個部分內容的相互關系（如圖5），做到滿足用戶需求，超出用戶預期并給用戶帶來驚喜，讓用戶感知到用戶體驗的設計，在細爺處讓用戶感動。

三、物聯網環境下的智能語音交互燈具設計

傳統工業設計下的燈具設計注重產品的材質、造型、功能等，但物聯網環境下燈具的設計更側重于交互。物聯網環境下，智能語音交互燈具不僅是產品本身也是交互的介質，是物聯網環境中的人與產品、產品與產品、產品與環境之間交互的關鍵因素。交互設計是指設計應注重人和產品間的互動，要考慮用戶的背景、使用經驗以及在操作過程中的感受，從而設計符合最終用戶的產品[9]。交互設計的任務就是在紛擾的環境和需求下，規劃定位交互內容，構造交互方式，模擬分析用戶的使用行為，以用戶體驗最佳的方式為用戶提供最好的方案。

（一）交互內容設計

交互內容即交互過程中所涉及的功能，包含了具體的信息，是交互設計的核心。物聯網環境下的智能語音交互燈具設計，讓燈具的創意得到了極大的豐富。除了對于燈光需求的智能化判斷的功能外，針對不同用戶和環境，可以增加功能件進行交互內容的設計。當定位用戶群為兒童和家長時，智能語音交互燈具可以增加投影功能硬件，利用互聯網的內容平臺，實現“講故事+投影繪圖”的內容模式（如圖6），為兒童和家長設計了親子互動，賦予了產品教育層面的意義，給用戶帶來了新的用戶體驗。當面對年輕群體，智能語音交互燈具可通過配置智能筆，實現“許愿燈”的內容模式（如圖7），記錄下用戶的愿望，利用網絡儲存或分享。

交互內容的設計廣泛的存在于產品中，良好體驗的實現歸功于大量的設計行為。通過設計規劃用戶對于智能語音交互燈具的認知過程，預估用戶在智能語音交互燈具中可能行各種操作行為，可以針對不同用戶群和用戶場景進行內容創新。

（二）交互形式設計

交互形式是交互過程實現的渠道，包含了界面交互和語音交互等表現形式。物聯網環境下，智能語音交互燈具的交互形式是語音交互和界面交互相結合的形式。其首要交互方式是語音交互，通過語音來控制產品是一種便捷、高效的交互模式，更符合產品易用性的原則。在產品的語音交互過程中，所有的語音都會映射出相應的形象，賦予VUI（語音交互）友善、樂于助人的形象是優化語音交互的基礎，逐步推進對話，達到控制產品功能的目的，是用戶體驗成功的關鍵因素。

物聯網環境下，手機APP的引入必不可少，智能語音交互燈具的次要交互形式是界面交互。語音交互的使用是讓產品更加便捷高效，而人機界面的交互形式是豐富產品創意表達的一種模式。在特定的使用人群和環境下，語音交互和界面交互實現更多的功能。當面對兒童和家長用戶群時，為實現“講故事+投影繪圖”的內容模式，可通過便捷的語音交互選定想要聽的兒童故事，云端自動匹配繪圖本，再利用手機APP的界面交互實現投影繪圖的選擇（如圖8），對用戶而言，這一系列的操作是連續性的交互體驗。

（三）交互行為設計

交互行為是交互過程實現的主體框架，是交互設計的具體化表現。在傳統的工業設計中，設計以需求為準則進行創造，而物聯網環境下的智能語音交互燈具的設計更注重用戶的活動行為，設計聚焦產品與用戶之間的信息傳遞或是情感表達。語音交互和界面交互相結合的形式讓交互行為更加簡潔，但為了營造燈具交互的愉悅感進行了更多交互行為的設計。時間、環境和使用的過程都是影響交互行為設計的重要因素。在設計交互行為的過程中，不同的用戶群都會根據自己獨特的觀點進行評判。

光的色彩不是在滿足基本照明之后的可有可無的隨意添加，而是對于營造氛圍、講述概念和故事的必不可少的要素。智能語音交互燈具針對特定用戶群，設計了與眾不同的調整燈光顏色的交互方式，為兒童群體設計了“旋轉”調整色彩和“接觸”識別色彩2種交互行為，通過物聯網內容平臺輔助語音提示交流功能，幫助兒童學習色彩知識。交互行為的設計除了實現實際的功能外，還可以表達更深層面的寓意。故此，從引申義的層面設計投擲硬幣和“費力”旋轉手柄2種燈光明度調節的交互行為，激發用戶的環保意識。通過對功能和交互行為的結合應用，實現產品的設計與創新（如圖9）。

結語

物聯網的出現和成熟極大豐富了家居領域的用戶體驗，讓產品設計創新有更寬闊的思路。智能語音交互燈具的設計是通過引入Arduino和傳感器的應用來實現功能研發，使其實現產品智能化和語音交互的基本功能，為物聯網環境下的多語音入口打造更多的可能性，優化智能家居的用戶體驗。同時，利用物聯網的內容平臺，以用戶體驗理論為依據進行創新優化，面對不同的使用人群對交互內容、形式、行為進行設計，實現智能燈具設計的場景化，為用戶帶來了煥然一新的產品體驗，打造新的物聯網家居空間。

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