基于邊緣交互理論的老年助行器設計研究

許曉云，張新宇，趙芮凱，董姍姍

（河北工業大學，天津 300401）

引言

近年來，我國老齡化問題日趨嚴重，給傳統產業帶來勞動力危機的同時，也促進一些諸如老年人相關產業的快速發展，特別是老年助行產品將迎來發展的高峰。目前的研究中多集中于某具體老年助行設備的設計研發，少有關注老年人認知特性及操控信息分布對助行器設計的相關研究，尤其是針對老年人注意力有限性和操控信息復雜性之間產生的問題研究。為此，本文基于邊緣交互理論，研究老年助行車操控信息所需的注意力合理分配機制，并據此對操控信息及其載體進行合理化分配布局，使其更加符合老年人認知特征，減輕大腦認知負擔。

一、邊緣交互理論概述

邊緣交互理論源自平靜技術，指在當前信息爆炸的時代，盡可能采取一種相對“平靜”的方式實現產品與使用者之間的交互，降低信息量過大帶給用戶的負擔。將平靜感的概念應用到交互設計領域，便誕生了邊緣交互理論。邊緣交互理論將人的注意力劃分為注意力中心、注意力邊緣與注意力的邊界外，人的意識不斷地在這三個區域來回穿梭。由此，借助注意力邊緣展開產品交互設計，將大量的設計要素布置于用戶注意力的邊緣，既減少用戶的記憶負擔，又可以有效處理多項事務而不影響關鍵任務的完成。現有邊緣交互研究中，多以產品個例為引展開研究，缺乏便捷可行的完整流程方法用于指導產品交互設計，為此本文針對設計要素所屬的注意力層級，以及不同注意力層級特點提出相應的交互方法去指導老年助行器的交互設計。

二、老年助行器設計要素所屬注意力層級分配

在基于邊緣交互理論的助行器交互設計方法中，首要為設計要素所屬注意力層級的分配。基于多屬性決策（MADM）進行綜合評價，其評價數據指標的一方面來自眼動實驗數據的分析綜合，另一方面來自SEEV注意力因素的定性評價，綜合對各類數據指標的綜合處理，得到各設計要素的綜合評價值，結合注意力層級的四象限圖，實現老年助行器設計要素的合理化分配。

（一）老年助行器眼動實驗分析

選用市面上19種典型的助行器圖片作為樣本，如表1所示（編號為S1～S19），共邀請到20名受試老年人，通過統計助行器樣本熱點圖中的主要關注信息，整理出老年助行器的設計要素，并主要針對產品觀測熱點圖進行統計分析，通過對興趣區域的注視時間、進入次數、注視點個數等實驗數據的分析處理，獲取老年助行器設計要素的定量評價指標。實驗樣本的熱點圖分析如表1所示：

>表1 老年助行器實驗樣本熱點圖分析

由熱點圖分析可知，老年人在使用助行器時關注的信息主要集中于扶手、手閘、座椅、整體支撐架、銜接結構以及智能操控等部分。對于智能助行器的操控部分以及結構銜接處，老年人均表現出較大的興趣，具體包括控制器部分、高度調節機構、制動機構以及固定機構。通過以上對助行器樣本熱點圖的分析，得出老年助行器的設計要素，即：扶手、手閘、座椅、靠背、車輪、高度調節、制動調節、固定調節、顯示屏、操作按鍵以及整體支撐架。

根據不同設計要素在老年助行產品中的分布對老年助行器樣本劃分興趣區域，不同產品的相同興趣區域的注視時間、注視率、注視次數均是衡量用戶對產品各設計要素關注度的重要指標。

（二）SEEV因素導向的助行器定性指標獲取

SEEV注意力模型展現了在動態環境中的注意力分配原則，主要包含四個關鍵影響因素，即突顯性、期望、努力和價值，其中，努力Ef反映了操控信息交互過程中受到的負荷，對注意力資源分配起抑制作用，期望Ex則對注意力的分配起驅動作用，表現為對操控行為的反饋設計，并且期望值是一種注意力中心與注意力邊緣轉化的衡量標準，用戶對該信息的期望值越大，說明該信息越容易被注意。與此同時，需要提升信息的突顯性S，信息的突顯性越高，越能吸引使用者的注意，因此信息的突顯性程度也是衡量是否將設計要素置于注意力中心的合理依據。

由此，將SEEV注意力因素作為助行器設計要素的定性評價指標，包括設計要素的突顯性程度，努力程度，受期望程度（圖1）。判別設計要素與各影響因素的關聯程度，計算獲得各設計要素的定性評價指標。

（三）基于多屬性決策法的設計要素所屬注意力層級分配

多屬性決策法根據屬性集合從給定的有限備選方案集中選擇最理想的備選方案，采用多屬性決策法對設計要素所屬注意力層級進行分配映射，由眼動實驗得出的定量指標與注意力影響因素導向的定性評價指標整理，用于設計要素所屬注意力層級的合理化分配。多屬性決策法以應用廣泛的OWA算子作為數學工具，其定義如下：

關于Wj向量的賦值，本文采用如下公式：

假定對于有限設計要素集X=(x1,x2,…xn)而言，相應屬性參數U=(u1,u2,…um)權重未知，將所有要素對應的屬性值aij整合，可得決策矩陣A=(aij)n×m，若存在不同類型的屬性值（例如成本型和效益型），需進行標準化處理。由此，將得到的定性及定量評價指標代入，求得其相應的綜合評價值z(ω)，再結合注意力層級四象限圖，進行老年助行器設計要素所屬注意力層級分配。

三、基于邊緣交互的老年助行器交互設計方法及流程

（一）老年助行器交互設計方法

注意力中心為集中的、專注的交互行為，需要有意識的直接精確操控；注意力邊緣交互行為則可以適當減少專注度，是一種潛意識、不精確的操控行為；而在注意力邊界外，是用戶潛意識甚至于無意識去操控完成的。依據不同注意力層級的信息交互特性及其作用機理，本文提出三種交互設計方法，以提高老年助行產品的交互性能。

1.創建多感官通道交互：針對注意力中心層級的設計要素，為吸引老年用戶的注意力，助行產品的交互結構要充分調動老年用戶的信息輸入通道，包括視覺、聽覺、觸覺等感官通道。用戶通過多個感覺器和運動器與產品發生交互，主要的交互類型包括聽覺交互、視覺交互以及觸覺交互，以三者的有機配合去實現老年用戶與助行器之間的信息交互，有利于解決交互的注意力資源和信息通道競爭問題，提高交互自然性。

2.縮減感官通道交互：針對注意力邊緣層級的設計要素，充分利用注意力邊緣實現用戶與助行產品的快速、有意的交互行為。在此層級的設計要素與老年人的交互主要依靠潛意識，因此，相應信息可以適當減少對用戶注意力資源的消耗，產品上的設計要素與用戶發生交互時，可以適當減少產品所調用的用戶感官通道類型，采用兩種交互方式相互配合去實現，例如：采用視覺交互、觸覺交互的配合或者聽覺交互與觸覺交互的配合去實現老年人與助行器之間的信息交互。

3.單一感官交互法：對于注意力邊界外的設計要素，用戶與產品的互動是無意識進行的，消耗用戶的注意力資源少，因此調用一種感官通道的方式為主，減少注意力資源的消耗，考慮到老年用戶身體機能特性，故主要選用觸覺通道作為主要感知通道，采用觸覺交互方法進行設計。

在此基礎上結合技術進化定律，可得老年助行器在不同層級的交互策略，如表2所示。

>表2 助行產品的交互策略

（二）老年助行器交互設計流程

總結以上過程，將設計要素提取作為產品整體設計流程的輸入端，各層級交互設計策略為輸出，以多屬性決策法的設計要素所屬注意力層級分配方法為橋梁，形成了一套完整有效的老年助行器交互設計流程。（圖2）

>圖1 SEEV因素導向的助行器定性指標獲取

>圖2 設計要素注意力四象限分配圖

>圖3 座椅高度調節機構

>圖4 按鍵交互功能

>圖5 界面交互功能

>圖6 腳蹬的交互方式

>圖7 用戶推行方式

>圖8 家人助推方式

四、推行式智能助行器設計實踐

通過眼動實驗分析，依據設計要素分布將助行器樣本注視區域劃分為6個子區域（表3），其中，老年助行器的調節結構、制動結構、固定結構，劃歸為銜接結構區，而智能顯示屏、按鍵劃分為智能操控區。由于產品上存在著一定的交叉結構，按以上興趣區域劃分，如果該區域的結構不具有單一性，考慮到人眼注視具有范圍性，則認為興趣區域測試的數據對于該區域包含的每個設計要素都同樣適用。

>表3 樣本興趣區域劃分

統計各樣本圖興趣區域的注視時間、注視率、注視次數，其均值見表4。由于產品圖片樣本選取不同，個別設計要素并不存在于樣本中，但也一定程度上反映出該設計要素對產品本身的重要性，因此，文章對個別缺失的這些設計要素時間設為0。

>表4 實驗數據匯總

在此基礎上，采用多屬性決策法對定性、定量指標進行評價，選取9個待處理的設計要素，分別為x1為助行器的扶手，x2為助行器的座椅，x3為助行器的靠背設計，x4為助行器的支撐架，x5為調節結構，x6為固定結構，x7為制動結構，x8為操作按鍵，x9為手閘；選取6個評價指標，分別為u1設計要素的突顯性程度，u2（設計要素所需的努力程度，u3設計要素的受期望程度，u4平均注視時間，u5（平均注視率，u6平均注視次數。依據指標類型的不同，本文將前3個指標和后3個指標分別置于決策矩陣A和A’中，見表5。

>表5 決策矩陣

以設計要素定量決策值為橫軸坐標，定性決策值作為縱軸坐標，建立設計要素的四象限分配圖（圖2），圖中的象限分別代表注意力的三個層級，第一象限代表注意力中心層級，第二、四象限代表注意力邊緣層級，第三象限代表注意力邊界外層級。通過注意力四象限圖，得出各設計要素與注意力層級的對應關系，即注意力中心的設計要素為座椅、調節機構、固定機構、制動機構、支撐架，注意力邊緣的設計要素為扶手、操作按鍵、顯示屏、手閘；注意力邊緣外的要素為靠背、腳蹬。

確定各設計要素所屬的注意力層級，依據不同層級的交互策略，提出有針對性的交互設計，見表6。

>表6 助行器各設計要素交互設計方法

對于座椅高度調節機構，采用視覺、聽覺、觸覺三者間歇式交互，以此來實現座椅的高度調節以及制動。（圖3）

扶手前端裝有智能顯示屏，方便老年用戶對信息的查詢，顯示屏與物理按鍵相配合，老年用戶可通過與物理按鍵的交互去控制顯示屏中的信息。（圖4、圖5）

腳蹬部分，采用可伸縮桿，可折疊，以此實現老年用戶的推行方式與家人助推方式，腳蹬板在老年用戶自己推行時，可翻折收起，在家人助推行時使用（圖6）。整體效果展示分為老年人推行方式與家人助推方式。（圖7、圖8）

結語

本文基于邊緣交互理論對老年助行器交互設計展開研究。引入多屬性決策法對老年助行器中交互設計要素的重要性進行評價，構建了交互設計要素與注意力層級的合理映射關系。依據不同注意力層級上的交互設計要素，制定了有效的交互設計方法，形成一套完整有效的老年助行器交互設計流程，為老年助行器的交互設計研究提供借鑒。