自然用戶(hù)界面淺析

摘 要：自然用戶(hù)界面由于它自身的特點(diǎn)和時(shí)代性，已經(jīng)成為用戶(hù)界面主要的發(fā)展方向。文章從自然界面和“日常技能”的概念入手，通過(guò)案例分析探討了自然交互的日常應(yīng)用方式，并說(shuō)明其優(yōu)勢(shì)之所在，同時(shí)提出自然用戶(hù)界面設(shè)計(jì)中容易忽略但又是最為重要的問(wèn)題——交互的易用性，并在此基礎(chǔ)上探討了自然用戶(hù)界面在智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：自然用戶(hù)界面;交互方式;易用性;物聯(lián)網(wǎng);智能化

目前，在一些設(shè)計(jì)者還在把關(guān)注重點(diǎn)放在圖形用戶(hù)界面時(shí)，已經(jīng)意味著過(guò)時(shí)。自然用戶(hù)界面由于它自身的特點(diǎn)和時(shí)代性，已經(jīng)成為用戶(hù)界面未來(lái)首要的發(fā)展方向。

1 自然用戶(hù)界面

把受制于鍵盤(pán)和顯示器的計(jì)算機(jī)解放出來(lái)，讓計(jì)算機(jī)的行為更像人類(lèi)，自然用戶(hù)界面是用戶(hù)界面設(shè)計(jì)的終極目標(biāo)。自然界面，就是當(dāng)機(jī)器面對(duì)人時(shí)，它能聽(tīng)、能看、能說(shuō)、能想，能夠捕捉人的坐標(biāo)，或表情，或語(yǔ)音，或整個(gè)運(yùn)動(dòng)，使人意識(shí)不到機(jī)器的存在而完成交互行為。自然用戶(hù)界面使人機(jī)交互變得更自然、更智能、更人性化。人成為界面本身，這是用戶(hù)界面的最高境界。

自然用戶(hù)界面的工作原理就是將計(jì)算機(jī)微型化，在一個(gè)物理空間里嵌入多種感應(yīng)設(shè)備，使視線(xiàn)之外的計(jì)算機(jī)正確識(shí)別人的身體姿勢(shì)、手勢(shì)、語(yǔ)音等行為并做出反饋，擺脫機(jī)器外部設(shè)備的束縛，有效地將計(jì)算機(jī)融入人們的生活，輔助并提高生活質(zhì)量。

自然用戶(hù)界面的交互是利用人的日常技能進(jìn)行的，強(qiáng)調(diào)無(wú)需特別訓(xùn)練或不需要訓(xùn)練。但究竟什么是“日常技能”，以及日常技能是否都是不經(jīng)訓(xùn)練或稍作訓(xùn)練即可獲得呢？語(yǔ)言（特別是書(shū)面語(yǔ)言）是必須經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的，音樂(lè)、繪畫(huà)、生產(chǎn)工藝等莫不如此，因此，人從日常環(huán)境走向計(jì)算機(jī)環(huán)境時(shí)原本具有的技能應(yīng)該算是“日常技能”。可見(jiàn)這是一個(gè)相對(duì)的概念，其中并不細(xì)究是否需要訓(xùn)練的問(wèn)題。人機(jī)工程學(xué)并不否定訓(xùn)練，雖然避免訓(xùn)練或減少訓(xùn)練是人們的愿望，但能否做到這一點(diǎn)并不完全由人的主觀意志決定，而是根據(jù)人機(jī)交互任務(wù)的目的、特點(diǎn)、場(chǎng)合以及實(shí)現(xiàn)成本等因素來(lái)決定人機(jī)交流應(yīng)達(dá)到的自然性程序。因此，自然用戶(hù)界面的概念需要因時(shí)、因環(huán)境、因?qū)ο蠖ā?/p>

2 自然交互方式

目前，已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的自然交互方式包括穿戴（數(shù)據(jù)頭盔、眼鏡）和語(yǔ)音，而更多的還存在于實(shí)驗(yàn)階段的，包括手勢(shì)、行為動(dòng)作、眼球移動(dòng)等交互方式，也將因?yàn)榧夹g(shù)的成熟逐步實(shí)現(xiàn)商用。

2.1 手勢(shì)交互

用戶(hù)雙手戴上在手背、關(guān)鍵手指（多是拇指和食指）綁有感應(yīng)器的手套，或者不需要戴手套，面對(duì)數(shù)字屏幕進(jìn)行手勢(shì)交互。這是一種較新的屏幕操作方式，需要配合具有規(guī)范和意義明確的手勢(shì)語(yǔ)言，雙手開(kāi)合如同打拳，有趣又能鍛煉身體。在這其中，用戶(hù)需要簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)針對(duì)于特定系統(tǒng)的新的語(yǔ)言表達(dá)規(guī)則。（圖1、2）

2.2 行為交互

行為交互應(yīng)該是自然交互方式中最為常見(jiàn)的，但目前用戶(hù)所實(shí)施的行為最多的還是觸摸，而由觸摸而形成的反饋式界面大多是屬于圖形用戶(hù)界面的，因此，各種使用觸摸屏技術(shù)的產(chǎn)品所采用的交互方式并非屬于真正的自然界面范疇。許多設(shè)計(jì)師在自然的行為交互界面的研究上做出了相當(dāng)?shù)某煽?jī)，例如美國(guó)MIT媒體實(shí)驗(yàn)室的石井裕教授設(shè)計(jì)了可以預(yù)報(bào)天氣的瓶子，打開(kāi)瓶蓋時(shí)聽(tīng)到小鳥(niǎo)的歌聲即表示明天是晴天，雨聲則表示要下雨。再如《乒乓+》，通過(guò)在乒乓球臺(tái)面增加各種感應(yīng)設(shè)備，確定乒乓球落下的位置，形成“軌跡運(yùn)算圖”，計(jì)算機(jī)根據(jù)“軌跡運(yùn)算圖”的規(guī)則啟動(dòng)水紋、涂鴉、彗星、暴風(fēng)雨、游魚(yú)等不同模式的圖像，使參與者自然地忘記是在進(jìn)行比賽進(jìn)而轉(zhuǎn)向去欣賞斑點(diǎn)，甚至試圖改變落球位置以配合斑點(diǎn)的形成。他們的注意力從比賽轉(zhuǎn)向?qū)D像信息的關(guān)注，從而達(dá)到了游戲的狀態(tài)。這樣的一些行為交互設(shè)計(jì)超越了一般產(chǎn)品的使用價(jià)值和功能，將設(shè)計(jì)擴(kuò)展到了改善人的心情和提高生活情趣的范疇。

2.3 眼球移動(dòng)式交互

利用眼珠的移動(dòng)和停留追蹤位置，可用于繪圖、書(shū)寫(xiě)、畫(huà)面控制或按鈕操作，這是一種在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域具有相當(dāng)價(jià)值的交互方式。比如，在愛(ài)爾眼科實(shí)驗(yàn)室，關(guān)于眼珠移動(dòng)產(chǎn)生的交互行為已經(jīng)試驗(yàn)到相當(dāng)成熟的階段，最終的應(yīng)用將對(duì)眼睛的治療和恢復(fù)、高位截癱無(wú)法用手進(jìn)行工作的人士起到輔助作用。（圖3、4）

2.4 語(yǔ)音交互

在現(xiàn)在的智能家居生活設(shè)計(jì)中，通過(guò)語(yǔ)音的識(shí)別控制家居環(huán)境是一個(gè)較為明確的方向。語(yǔ)音感應(yīng)和識(shí)別技術(shù)所應(yīng)用的范圍越來(lái)越廣，包括銀行安全、樓宇管理、智能交通、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域。

2.5 運(yùn)動(dòng)式交互

運(yùn)動(dòng)式交互是根據(jù)識(shí)別運(yùn)動(dòng)物體的方向或體積大小的變化來(lái)對(duì)界面進(jìn)行操作，比如人體的停留造成對(duì)界面中對(duì)象的選取。之前在大量的交互藝術(shù)作品中可以見(jiàn)到這種交互方式，而在商業(yè)應(yīng)用上則較為少見(jiàn)，主要原因在于感應(yīng)的運(yùn)動(dòng)物體體面較大而不能在界面上精確跟蹤或選擇。

2.6 穿戴式交互

可穿戴計(jì)算機(jī)是無(wú)所不在計(jì)算機(jī)的一種典型形式。將計(jì)算機(jī)微型化穿戴在人身上，包括數(shù)據(jù)頭盔、屏幕眼鏡、耳機(jī)、攝像頭等，實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行工作的可能，從而擴(kuò)展或補(bǔ)充人的能力。這是在通道作業(yè)、軍事情報(bào)、新聞、醫(yī)療、游戲、交通導(dǎo)航等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用的技術(shù)。

2.7 多點(diǎn)觸控式交互

多點(diǎn)觸控技術(shù)已經(jīng)在多種環(huán)境下被廣泛運(yùn)用，使用的方法主要還是針對(duì)屏幕（無(wú)論這個(gè)屏幕被如何弱化），采用雙手的點(diǎn)、拖、拉、劃等手法直觀地控制對(duì)象，擺脫對(duì)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的依靠，但也許會(huì)造成手指的磨損和因雙手操作帶來(lái)的疲勞感。

自然用戶(hù)界面將真正實(shí)現(xiàn)無(wú)所不在計(jì)算機(jī)的概念，使用戶(hù)不再局限于工作臺(tái)上的操作，采用日常行為動(dòng)作就能對(duì)機(jī)器傳遞命令，進(jìn)行交互。通過(guò)自然界面，你將能夠在更高的語(yǔ)義水平上與其互動(dòng)，這是實(shí)現(xiàn)方便、快捷、有效生活的技術(shù)化渠道。自然用戶(hù)界面的廣泛應(yīng)用，將快速實(shí)現(xiàn)城市生活的活性化，也將大大提升人類(lèi)社會(huì)的智能化和人性化。

3 自然用戶(hù)界面設(shè)計(jì)中的易用性問(wèn)題

無(wú)論是圖形用戶(hù)界面還是自然用戶(hù)界面，易用是唯一的原則。但設(shè)計(jì)者在對(duì)自然用戶(hù)界面開(kāi)發(fā)之初，易用性的實(shí)現(xiàn)總是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)橐子眯缘墨@得不是一蹴而就的，特別是對(duì)于極具創(chuàng)新或采用前沿人工智能技術(shù)的交互模式。

以手勢(shì)交互為例，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用中確實(shí)出現(xiàn)了許多問(wèn)題：手勢(shì)操作沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，造成用戶(hù)面對(duì)不同手勢(shì)交互系統(tǒng)時(shí)的困惑;因?yàn)榻缑娴某橄螅褂脩?hù)面對(duì)交互媒介時(shí)不知怎樣操作;手勢(shì)的變化不易被發(fā)現(xiàn);極易觸發(fā)的不可恢復(fù)的操作，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的可用性遭到損害;手勢(shì)操作的動(dòng)作幅度較大，極易產(chǎn)生操作疲勞和厭倦。

手勢(shì)交互方式相對(duì)于普通的觸摸和點(diǎn)擊來(lái)說(shuō)，確實(shí)給用戶(hù)帶來(lái)了簡(jiǎn)潔的行為模式和有吸引力的操作，它使得計(jì)算機(jī)為更多的人所接受，人與機(jī)器的交互也更加有趣和有滿(mǎn)足感。但它也極易因?yàn)椴灰撞倏囟斐刹僮髡系K，使人厭倦甚至惱怒，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失敗。設(shè)計(jì)者應(yīng)認(rèn)識(shí)到，簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)向自然界面并不會(huì)提升一個(gè)機(jī)器的易用，增加一堆手勢(shì)也并不會(huì)使用戶(hù)界面就變得可用和有價(jià)值。

在一個(gè)新的平臺(tái)上試驗(yàn)激進(jìn)的自然界面技術(shù)是合理的，但是這種試驗(yàn)應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室或公司內(nèi)部進(jìn)行。畢竟，許多新的主意會(huì)失敗，它們離以前的好經(jīng)驗(yàn)越遠(yuǎn)，失敗的可能性就越大。有時(shí)候，某個(gè)激進(jìn)的想法會(huì)變成一個(gè)精彩的突破，但也需要注意，任何激進(jìn)的突破在任何原則中都是很少見(jiàn)的。無(wú)論傳統(tǒng)用戶(hù)界面，還是自然用戶(hù)界面，交互易用性的基本原則從來(lái)都是應(yīng)該遵循的，在此基礎(chǔ)上，再來(lái)探索小跨步的附加改進(jìn)，并經(jīng)過(guò)持續(xù)的進(jìn)步逐漸實(shí)現(xiàn)革新。當(dāng)然，設(shè)計(jì)者還需要為新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于交互設(shè)計(jì)堅(jiān)實(shí)原則的易用性指南，把奇思妙想真正變成用戶(hù)證明其可行的機(jī)器。

因此，當(dāng)多數(shù)設(shè)計(jì)者對(duì)自然用戶(hù)界面有興趣并躍躍欲試時(shí)，應(yīng)當(dāng)牢記自然界面概念并不等同于有趣和可用。當(dāng)用戶(hù)使用某個(gè)系統(tǒng)并對(duì)如何操作感到茫然無(wú)措時(shí)，并不是什么好玩的事情，這意味著整個(gè)開(kāi)發(fā)工作的全盤(pán)失敗。

4 自然用戶(hù)界面在人工智能與物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用前景

目前，“物聯(lián)網(wǎng)”的相關(guān)技術(shù)越來(lái)越多地被各行各業(yè)所采用，這促使我們研究自然用戶(hù)界面的工作迫在眉睫。

“物聯(lián)網(wǎng)”是在“互聯(lián)網(wǎng)”的基礎(chǔ)上，將其用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到任何物與物之間，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)最初被描述為物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別和管理，其核心在于物與物之間廣泛而普遍的互聯(lián)。

物聯(lián)網(wǎng)的深入應(yīng)用必須是在智能化和自然用戶(hù)界面的前提下才能得以實(shí)現(xiàn)。“智能化”在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的內(nèi)容除了對(duì)對(duì)象自動(dòng)感知識(shí)別而形成情境感知（捕獲、分析多個(gè)對(duì)象之間的關(guān)系并做出響應(yīng)）外，還包括實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端與服務(wù)端之間多平臺(tái)的無(wú)縫任務(wù)遷移、不同種類(lèi)的移動(dòng)設(shè)備和環(huán)境設(shè)備之間的無(wú)縫協(xié)作、“多通道交互”等。其中的兩個(gè)內(nèi)容——情境感知和“多通道交互”均需要依靠自然的界面進(jìn)行操作。在情境感知部分，對(duì)象及關(guān)系的捕獲和分析需運(yùn)用 RFID 和無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)，這些技術(shù)的芯片置入在無(wú)明顯感知界面的移動(dòng)物體中，隨著物體信息的頻繁交互與協(xié)作從而具備情境感知能力，在無(wú)察覺(jué)中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)對(duì)象的識(shí)別和分析。“多通道交互”的含義即多種自然的交互手段與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互，之間沒(méi)有交互語(yǔ)意壁壘，其實(shí)就是我們說(shuō)的自然界面。

自然用戶(hù)界面是智能物聯(lián)網(wǎng)的組成部分。沒(méi)有自然用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)，物聯(lián)網(wǎng)就沒(méi)法真正實(shí)現(xiàn)智能化，也就沒(méi)有真正意義的物聯(lián)網(wǎng)存在。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被全面應(yīng)用之前，自然用戶(hù)界面的應(yīng)用設(shè)計(jì)將成為界面設(shè)計(jì)者主要研究的領(lǐng)域。在高校的實(shí)驗(yàn)室和藝術(shù)機(jī)構(gòu)中，各式各樣的自然界面藝術(shù)作品層出不窮，引起了許多商業(yè)機(jī)構(gòu)的強(qiáng)烈關(guān)注。管理者們熱血沸騰，預(yù)見(jiàn)到自然界面的巨大商機(jī)和潛力，繼而在公司內(nèi)部紛紛展開(kāi)研發(fā)工作。例如微軟的平面 PC 自然界面、云計(jì)算技術(shù)支撐的“未來(lái)辦公室”， Oblong Industries 的手勢(shì)交互系統(tǒng)，NTT DoCoMo 的“未來(lái)移動(dòng)方案”等，均已相當(dāng)成熟。

用戶(hù)對(duì)自然界面的熱情越來(lái)越高，從帶有自然界面痕跡的 IPAD 我們就能看到端倪，即使IPAD 的易用性存在缺陷，但也沒(méi)有阻止用戶(hù)的選擇。

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項(xiàng)目基金：本文系廣東省高校特色創(chuàng)新項(xiàng)目“促進(jìn)知識(shí)認(rèn)知的信息視覺(jué)化設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐研究”（2019WTSCX063）研究成果，廣東技術(shù)師范大學(xué)一流課程項(xiàng)目“平面構(gòu)成”階段性成果。

作者簡(jiǎn)介：楊璇（1975- ），女，四川成都人，文學(xué)碩士，廣東技術(shù)師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院副教授，研究方向：數(shù)字媒體藝術(shù)與信息設(shè)計(jì)。聯(lián)系方式：13543481770，yangxuan3212002@163.com.