基于功能可供性與語義學協同應用的交互式產品設計研究

劉寶順，忽若曦，王霞

（1.河北工業大學，天津 300401；2.天津商業大學，天津 300134）

隨著智能技術不斷突破，在為設計師提供新的可能性的同時，也給傳統設計專業帶來了新的挑戰。設計師需要處理新類型的技術、設計問題以及設計方法。近年來，交互設計以及體驗設計的發展勢頭迅猛，這意味著設計行業的發展與進步，除了吸引人的功能形式外，用戶和產品之間的自然互動也成為產品設計的關鍵因素之一。為了理解產品本身如何通過互動傳達必要的信息，設計師從心理學的理論中尋求突破，在這些理論中，可供性概念在人機交互體驗中發揮關鍵作用，解釋了用戶行為與產品特征之間的聯系。在可供性概念中，產品屬性提供了感知和行動之間的直接聯系，這些交互基于人與產品之間的雙向互動，是引導用戶自然行為的產品的特征，因此，可供性在人機交互體驗中發揮關鍵作用。將功能可供性理論應用在兒童陪伴機器人交互設計中，有助于設計師在以物聯網、智能設備以及用戶為主的交互系統中探索一種自然、易用以及無意識的交互方式，體現以用戶為中心的設計思想。

一、功能可供性與用戶行為

（一）功能可供性

可供性概念來源于生態心理學，后來經過多名學者的深入研究將其引入設計領域。生態心理學家詹姆斯·吉布森（James J.Gibson）提出了一種連接用戶和產品的有效方法：當用戶從產品的外觀特征中感知到可供性線索時，用戶可以正確且直觀地操作產品以完成操作任務并且無需任何解釋或說明。吉布森受到格式塔理論家科夫卡的影響，認為事物的意義與事物本身一樣容易被理解，直觀的告訴我們如何運用它們。一些文獻擴展了吉布森的可供性概念，進一步推動了可供性的改進和形式化。如布朗大學威廉姆·沃倫（William H.Warren）進行了爬樓梯實驗，認為控制行動的觀念反映了動物—環境系統的潛在動態，在設計方面，這為目標用戶設定了限制。認知心理學家唐納德·諾曼（Donald A.Norman）在1988年將可供性的概念引入到人機交互領域。相比于吉布森，諾曼更強調一定情境下可以被感知到的可供性，它不但與個人的實際能力有關，還受到用戶心理的影響。因此，諾曼重新定義了可供性的概念，這是對事物的精神解釋的結果，是基于人們過去的知識和經驗“供給”一詞。梅爾和弗德（Maier J.R.A.，Fadel G.M.）將其應用到工程設計領域開發了可供性分析工具—結構矩陣（ASM）并提供了其使用方法。

國內許多學者也對其進行研究，但目前國內對于可供性的研究主要還是延續前人的觀點進行分析總結，還停留在設計原理及方法論層面，應用到產品設計的實踐相對較少。

（二）功能可供性與用戶行為

可供性在行為方面，拓展了人們在環境中的行為可能，通過行動的發生，讓人意識到可供性的具體體現。而在共感方面，通過對人與環境之間關系的客觀表達，使得產品設計師與使用者之間對于特定環境下的行動的可能性形成一致的感覺。因此，在產品設計之初對于特定用戶的行為分析是十分必要的。以用戶為中心的設計方法要求充分理解功能和用戶需求之間的相互作用，結合以用戶為中心方法的優點包括通過查看用戶活動與可用技術之間的關系來擴展需求分析。該分析與可供性概念相結合，成為產品—可供性—用戶模型的基礎（圖1）。在這個模型中，可供性是產品和用戶在產品使用過程中建立的關系。

1.可供性屬性獨立于人的行為。布吉森作為術語“可供性”的開拓者，他認為可供性是獨立于人的物體的屬性，但與每個人的能力又密切相關，存在于環境之中，是不可變的。吉布森的觀點是最原始的可供性定義，有三個基本特征：（1）可供性是關于當前人機交互系統中可用的動作可能性；（2）可供性獨立于用戶的意識、需求和期望；（3）可供性的存在與特定用戶的自身的能力有關。該概念詮釋了我們日常體驗中動作，產品功能和用戶能力之間的聯系，并且拓展了支持某些人類行為所需的條件。

2.可供性與人的行為相關。之后的發展中，許多學者都將其定義為可變的因素，會隨著用戶的行為能力、背景以及設計目標而改變。現在，多數設計師所理解的可供性概念并不是吉布森的原始概念，而是諾曼在后來的研究中論述的“感知能力”，第一位引用可供性理論的諾曼研究了日常用品的功能，例如門、電話和收音機，并認為它們的實施方式為其操作提供了強有力的線索。諾曼給出一個經典例子：打開門的方式有很多種，有的是推，有的是拉，有的還會是日式推拉門，因為門為用戶供了多種方式打開的可能性，而錯誤的操作并不能打開每一扇門。諾曼的理論最終導致了兩種設計方法：可用性設計和容差設計。

Gaver等學者對這吉布森和諾曼兩者可供性概念的比較和澄清在他們的研究中進行了徹底的討論。日本設計師深澤直人利用可供性理論，闡述了他的設計哲學“無意識”。深澤直人的觀點意味著回歸吉布森最初的生態概念，并尋求人類在日常生活中與環境的直觀互動的設計靈感。

在作者的論述中，將遵循吉布森的定義，可供性是用戶、對象和行為之間的三向關系。如You和Chen 的研究指出，可供性是為了行動，而不是信息，設計中的可供性概念的核心不在于為設計者傳達設計意圖，而是利用產品特征所支持的行為動作來滿足不同條件下不同用戶的需求。因此，基于可用性的設計方法不是關注通信問題，而是尋求行動的效用并在產品中供必要的特征以等待目標用戶的功能可供性的出現，向用戶傳達設計意圖則需要產品語義學的協助。因此，協調語義學與可供性理論在產品設計中同時運用是研究重點，由于可供性的概念不易以精確的術語表達，通過收集和綜合文獻中先前對可供性的描述來確定典型的可供性屬性，參考 Shih-Wen Hsiao等人的論述，對可供性的屬性進行歸納并給予相關的描述和用戶行為示例。（表1）

表1 可供性屬性及示例

二、功能可供性與產品語義學在產品設計中的協同應用

（一）功能可供性與語義學在產品設計中的應用

除了以用戶為中心的設計原則之外，在產品語義學的文獻中也經常引用可供性的概念。產品語義最初被定義為“對人造形式在其使用中的象征性質的研究，并將這種知識應用于產品設計”。科洛斯·克里彭多夫后來對該定義進行了細化，以解決“其使用的認知和社會背景”，將對設計中象征性質的關注定義為從“為功能設計”到“為意義設計”轉變。

1.產品設計中兩者的定義：可供性的概念起源于吉布森的直接感知理論，而產品語義則是受認知影響的設計理論；產品設計中的可供性并不是為了傳達信息以用于通信目的，而是實現產品功能的必要行為的基礎。在產品語義概念中“意義”是關鍵，產品的外觀可以作為能夠激發用戶對產品的認知反應的標志，例如審美偏好、功能解釋和象征關聯。產品設計的語義視角側重于設計中的溝通和社會問題。

2.產品設計中應用兩者的方法：可供性概念強調產品的功能結構，語義則強調幫助用戶正確地解釋產品。可供性的互惠性質在產品設計中被反映為“物理約束”以促進或防止某些用戶行為，因此通常采用人體工程學和人體測量數據來修改預期效用的產品特征；語義方法包括三個常見步驟，即確定產品的預期特征，選擇相關屬性以及探索這些屬性的視覺表達。在此過程中，設計師容易依賴隱喻或圖標將意義轉化為產品形式，例如，借用其他對象或事件的現有符號或形狀，以便將產品與預期字符相關聯。

產品設計中，明確的功能可以為用戶提供行為的可供性，用戶直接感知到的操作信息是產品功能實施的主要途徑。可供性是產品原本屬性帶給用戶的操作引導，而產品語義則突出現有的可供性并與認知過程相關。表2清楚地展示了產品語義和可供性理論之間的細微差別，可供性的概念傾向于尋求用戶和產品之間的兼容特征的效用，反對通過產品語義專注于設計的認知解釋。因此，可供性的概念要求設計師避免在設計中依賴符號和文化習俗。相反，它鼓勵他們利用可能的直覺行為，這些行動可以在使用產品交互過程中發揮作用。因此，在產品設計中的功能以及交互方式上應該遵循可供性的直接感知理論，在細節處理上可以運用語義學理論中的符號特征作為補充。

圖1 產品-可供性-用戶模型圖

表2 可供性與語義學在產品設計中的應用對比

（二）基于功能可供性與語義學的設計原則與流程

根據功能可供性的屬性，可供性、用戶及產品三者之間的關系以及與產品語義學在產品設計中的研究，提出易用性設計原則、潛意識設計原則以及引導式設計原則。

1.易用性設計原則。產品的可用性指的是產品的用途和功能，可供性出現在可用性之前，人們先收到可供性，才接受可用性，再通過可用性做改造。例如深澤直人所說的椅子概念，首先出現坐的物體基于人可供性，再有椅子的可用性。在可用性之后，又追求產品的易用性，易用性指的是使用者能夠使用某樣工具來達到某個特定目標的容易程度。產品設計中的可供性指的是設計的產品形態能夠被用戶不加思考地感知到功能意義，基于用戶的本能、常識和生活經驗，因此，易用性是功能可供性的結果，是產品設計的目的。

2.潛意識設計原則。日本設計師深澤直人首次在設計中提出了“潛意識”一詞，意味著使用有意識的設計來實現無意識的行為，從而為用戶提供有意義的享受。日常商品設計中的行動可能性或機會在使用體驗的舒適度和滿意度方面發揮著越來越重要的作用。例如，1999年由深澤直人設計的MUJI壁掛CD播放器成功地展示了在我們的日常生活中如何使用東西喚起“似曾相識”的感覺。對于用戶而言，當他們在潛意識下做出行為動作時，他們希望獲得適當的識別和反饋。因此，智能交互類產品需要在強烈的控制行為意識下做出正確反饋，如開放、關閉和調整。作為一個工業設計師，深澤直人的理念就是把用戶當人，這里的“人”不是以人為本，而是不把用戶當機器。最近幾年人工智能領域發展迅速，但至少現階段，機器無法做到的其中一點就是直覺，這是未來設計領域要解決的一個問題。

3.引導式設計原則。功能可供性的屬性有直接感知和隱射，直接感知即用戶在不閱讀說明書的情況下根據個人經驗正確操作產品；隱射則是產品的功能組件自身提供給用戶操作線索，引導用戶完成交互行為的方式。因此，在產品設計中，引導式的設計也格外重要，如瓶蓋上的拉環引導用戶完成打開瓶子的行為，鼠標上的滾輪引導用戶完成滑動的動作，引導設計不僅需要幫助人能夠達到目的，同時還要正確且高效地完成。

圖2 基于可供性與語義學理論的產品設計流程圖

綜合以上的設計研究，可供性在人與產品的交互過程中起到主要的作用，可供性定義偏向用戶直接知覺感知對象的特征屬性，而語義學定義則偏向用戶間接知覺對象的特征屬性。因此，在產品設計的過程中，將可供性與語義學理論的協同應用作為用戶與產品互動的媒介很有必要。結合可供性、語義學與傳統基于功能的設計方法提出設計流程。（圖2）

三、兒童陪伴機器人設計

（一）用戶行為和任務分析

本文選擇3～6周歲之間的兒童為設計對象，并對其展開可供性行為的收集。采用觀察法，選取符合該年齡組條件的30人作為觀察對象，觀察并記錄用戶在使用兒童智能機器人的行為以及交互特點，分析其產生原因及潛在需求；采用問卷調查法，收集兒童在與機器人互動過程中發生頻率較高的行為以及需求最多的產品功能，并對產品可供性以及產品語義在產品設計中的作用進行分析。（表3）

表3 產品任務及可供性分析

（二）兒童陪伴機器人設計

這一系列的兒童機器人共由三個形象組成：兔子君，猴子小姐，小丑先生。孩子可以任選一款喜歡的形象來作為自己的玩伴。這系列機器人主要是針對3～6歲的兒童設計的，在孩子不同的年齡段它扮演著不同的角色，陪伴著孩子度過美好的童年。經過市場調研、建模渲染及人機交互分析得出最終設計方案。（圖4）

圖3 兒童陪伴機器人效果圖

圖4 兒童陪伴機器人頭部設計

被使用的可供性產生于于兒童與產品的交互活動中，機器人的行走、手臂活動以及尺寸大小和材質等都屬于被使用的可供性。有效的可供性可以帶動兒童游戲的積極性，兒童可以自然地與機器人進行互動。設計要點如下：

1.設計靈感來源于太空元素與動物形象的結合，兼備功能實用和形式美。功能方面整體造型圓潤，細節均做圓角處理，為兒童與機器的交互安全方面提供可供性。并且，根據語義學相關理論對其外觀造型在形式感上做了補充，運用擬物化的設計手法，擯棄傳統機器人造型上的陳舊老套感，將太空艙與動物人物形象結合并卡通化，吸引兒童研究，激發用戶興趣。

2.根據目標兒童身高范圍以及人機工程學的分析，設計師將產品定義為中型的交互機器人。合理的尺寸設計為目標兒童的使用提供可供性。

3.材質方面整體采用鋼琴烤漆，手感細膩，并且部分與地面及手部接觸的地方采用硅膠材質，增強摩擦力防止打滑，材質的區分提供給兒童良好的用戶體驗。

4.在造型方面，設計了三個不同的卡通形象，減少兒童對新產品的陌生感，拉近用戶與產品的距離，吸引用戶的眼球。在色彩方面，選用了藍色、黃色、綠色等鮮亮的色彩搭配，符合兒童的審美。

5.在安全方面，智能產品必然會帶有充電接口，對于其帶來的安全隱患首先做好物理防護措施，之后需要增加警示符號的提醒。

四、結語

可供性理論對于交互式產品設計有重要的研究意義，它直接將用戶的行為與設計中的功能特征聯系起來，這種以行動為導向的設計理念符合以人為本的人性化設計服務特征。將產品語義學加入到產品設計過程，能夠與可供性理論協同互助進行產品與用戶之間的交互設計，兒童陪伴機器人對于未來家庭是必不可少的，選擇從用戶行為與產品之間的可供性出發，使產品的設計以用戶的需求為導向，對于提高陪伴器人的易用性，增強用戶的愉悅感有著重要的作用。