情緒監測系統在人機交互設計中的應用

仇珺 黃亞鷹

摘? 要：人機交互設計在虛擬現實、移動計算等技術的支持下早已不局限于鍵盤、鼠標等點控式交互方式，多通道和多媒體的智能交互逐漸占據主導地位。因此文章以情緒監測系統為出發點，首先解釋了情緒監測系統與人機交互設計的概念，其次對情緒監測系統在人機交互設計中的意義進行分析，最后介紹情緒監測系統在人機交互中的應用方法。通過文章的研究，以期達到利用情緒監測系統改善個人及社會健康狀態的目的。

關鍵詞：情緒監測系統;人機交互;終端系統

中圖分類號：TP311? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）22-0024-04

Abstract： With the support of virtual reality， mobile computing and other technologies， human-computer interaction design has long been not limited to point controlled interaction modes such as keyboard and mouse， and the intelligent interaction of multi-channel and multimedia gradually occupies a dominant position. Therefore， taking the emotion monitoring system as the starting point， this paper first explains the concept of emotion monitoring system and human-computer interaction design， then analyzes the significance of emotion monitoring system in human-computer interaction design， and finally introduces the application method of emotion monitoring system in human-computer interaction. Through the research， we hope to use the emotion monitoring system to improve the health status of individuals and society.

Keywords： emotion monitoring system; human-computer interaction; terminal system

0? 引? 言

人工智能與人工生命一直致力于創造出能夠模仿人類和其他生物行為的智能機器，其中以與人類相同方式進行情緒表達和認知的計算機方法稱為“情感計算”。目前，交互設計對自動情緒分析領域開始重視，許多感測技術已經能夠用于自動測量和分析用戶的情緒，并且從收集的數據預測用戶行為。“情感計算”的概念于1997 年出現，麻省理工學院的PICARD教授提出情感計算是與情感有關的計算，也是意圖影響情感方面的計算[1]。而信息技術的不斷發展，讓計算機具備識別與分析用戶情感狀態的能力。情緒監測系統正是利用計算機這一能力進行情感識別。利用情緒監測系識別情感一般可以分為幾個步驟：獲取情感信號、對獲取的情感信號進行預處理、特征提取與選擇、分類識別、最后提取結果。目前常用獲取情感信號的方法有面部識別、語音識別、心率監測識別等。

1? 情緒監測系統概述

情緒監測系統可以分為用戶登錄和管理員登錄兩個部分。用戶登錄模塊包含登錄界面、情緒的分析和管理界面，用戶能夠通過界面查看自身的情感分析。管理員登錄模塊主要負責用戶情緒信號的讀取、預處理、提取情緒特征、進行情感識別和管理用戶信息[2]。如圖1所示。

用戶登錄需注冊個人賬戶，并完成首次登錄，登錄成功后即可在用戶界面查看個人情緒狀態信息。用戶登錄的情感分析功能能夠將用戶近期的情感狀態轉換為比例圖和雷達圖，讓用戶直觀的感受當天、近一周以及近一月的情緒變化和情感分布。賬戶管理功能可供用戶查詢及管理個人信息。管理員模塊首先需要讀取用戶的情緒信號，由于情緒輸入方式的不同系統提取到的情緒信號格式也會不同，主要格式有圖片格式、語音格式等。隨后經過系統的計算對比得出情緒信號的結果。并且能夠通過用戶管理功能管理用戶的情感數據，查看用戶信息。

以上系統體系大體分為四個層次：用戶管理、當前情感狀態、歷史情感狀態、情感分析過程演示部分屬于UI層，這一層次的設計重點在于界面及UI的設計，確保清晰明了的呈現用戶所需信息;用戶登錄、用戶注冊、情感查詢、情感分析屬于功能層，是供用戶使用的系統層次;系統的核心層有業務處理、提取情感特征參數、語音信號預處理以及情感識別，顧名思義，這是情緒檢測系統運作的核心，是前面情感狀態和情感分析的來源;最后一個層次是數據庫層，本層數據庫中包含前期收集用于對比情緒信號的數據和所有用戶情緒信息，隨著注冊用戶增多，數據庫樣本也越來越大，之后對于情緒的識別也將越來越準確。

2? 人機交互設計概述

2.1? 人機交互概念

交互設計不同于產品設計、圖形設計，它包含的設計領域與學科眾多，例如界面設計、多媒體技術、人機工程學等。而人機交互設計是一個輸入和輸出的過程，用戶通過人機界面向計算機輸入指令，計算機經過處理后將輸出結果呈現給用戶[3]。而從使用者的角度來看，一個好的人機交互設計需要滿足易學習、易使用、容錯性高、安全性高等幾大特點。它應該是一個有效且令人愉悅的設計，與傳統產品設計不同的是，交互設計除了考慮自身產品特性外，還需要了解人的行為特點與心理情感，它的最主要目的在于讓產品變得更容易使用。

2.2? 人機交互設計要素

人機交互設計主要的主要設計要素有空間、時間、造型、動作、聲音等[4]。這里的空間不僅是物理空間，也包括數學空間，它代表著交互的環境，處于安靜或吵鬧的交互環境人們產生的交互體驗也會不同。人機交互設計在時間要素的設計上要有充分的節奏把握，人們總是討厭漫長的等待時間，用戶在啟動系統時如果一直持續出現重復不變的畫面，會讓人產生長時間等待的感覺而給用戶留下不好的使用體驗。產品造型要素對用戶感受的影響是巨大的，其顏色、大小、色彩、材質等設計都能一定程度的控制用戶使用時的情感變化。動作要素是人機交互設計的重點，是人機交互時產生的行為，包括用戶使用系統時的動作和系統反饋信息時產生的動作。聲音是用戶體驗的重要反饋因素，不同產品對于聲音的需求也不盡相同。

3? 情緒監測系統在人機交互設計中的應用意義

由于生活節奏加快，社會競爭壓力明顯增加，導致越來越多的人產生心理問題。并且，當前的心理健康服務體系和社會心理疏導機制并不完善，心理不健康以及行為異常人群逐年增加。因此，學會控制自身情緒，保持健康的心理狀態，是人們需要迫切需要解決的問題之一。如今，心理是否健康也是評價人們健康狀態的重要因素。但心理健康的標準繁多且復雜，例如檢測抑郁情緒時使用的恩格斯自測表法不僅需要測試者穿戴大量電極和傳感器，且測試結果可能有測試者主觀意思的存在，準確度較低。而情緒監測系統最開始正是被運用于醫療領域，醫生通過系統對抑郁癥患者的情緒進行監控，能夠準確快速地了解患者情緒的變化，并因此設計或改變后續的治療方案。如今，這項技術已經涉及人機交互所在的大多數領域，從抑郁情緒的預防、嬰幼兒情緒特征分析到預防疲勞駕駛、線上學習不良情緒檢測等。只要有計算機在內的交互設備存在，用戶都能夠使用情緒監測系統進行情緒檢測，這對個人以及社會的健康具有重要意義。

4? 情緒監測系統在人機交互設計中的應用方法

研究表明，情感在感知、決策、行動選擇等智能活動中起著重要作用，人的情緒狀態也將影響到調節自身行為的方式，適度提高情緒的緊張性有利于提高行動效率以及注意力的集中性，需要注意的是，這種緊張性的提高需要掌握其程度的，否則有可能起到相反的作用。因此，在情緒可以被監測和識別的情況下，我們可以通過及時的改變行為來阻止負面情緒的蔓延。

以抑郁情緒監測手環為例，整個設備包含手環主體、手機APP和遠程終端三個部分，其中手環可以看作是情緒管理系統的用戶登錄模塊[5]。如今的穿戴式設備大都能夠測量用戶的心率、血壓等身體數據，設備通過手環內的傳感器檢測心電信號;信號采集模塊直接和傳感器相連，采集傳感器中的心電信號;最后的微控制模塊控制信號采集模塊進行采集，并將采集到的信息儲存在儲存模塊或通過藍牙發送給手機APP。

用戶首次登錄手機APP需要進入信息管理界面，如圖2所示，點擊管理界面的頭像圖標可以編輯和管理用戶資料。另外，點擊手環連接按鈕就能使用藍牙與手環進行配對，配對成功后手機APP會接收手環采集到的情緒信號進行預處理后上傳終端系統，終端則將處理過的情感信號進行計算識別后將用戶結果反饋手機至APP保存。家人模塊可以添加關聯用戶，使用者可以選擇是否將情緒指數與家人共享。

手機APP會將終端系統的反饋結果進行收集整理，用戶可以通過APP主頁查看自身的抑郁情緒狀態，如圖3所示。APP將結果分成當前狀態和歷史狀態兩部分，當前情緒狀態模塊會將終端系統的計算結果轉換成抑郁指數的形式呈現，并將用戶抑郁指數劃分為正常、輕度抑郁、中度抑郁以及重度抑郁四個等級，并根據不同的抑郁程度提供相應的調理建議，如圖4所示。而在歷史情緒狀態模塊，手機APP會持續儲存用戶的抑郁指數，并以折線圖的形式表現，用戶可以通過折線圖清晰地感受到自身近一天、一周或者是一個月的情緒變化，如圖5所示。

APP主頁還包含情緒舒緩模塊，如圖6所示，針對用戶當前情緒狀態，APP會為用戶提供不同的調理建議。例如，用戶在處于輕度抑郁時會建議用戶播放一些溫暖、放松的歌曲;適當的運動;規律進食，減少咖啡、茶、碳酸飲料等的攝入或者保持充足的睡眠等等。用戶可以在情緒舒緩界面找到情緒舒緩建議并查看，APP將一些有助于放松的音樂和視頻整理成合集，用戶可以直接在APP中播放，如圖7所示。社區交流模塊可供用戶之間溝通交流，用戶可在社區中匿名傾訴近期的抑郁情緒或者分享有效舒緩情緒的方法。

用戶家人也可以通過下載APP來關聯用戶，并接收用戶的抑郁等級結果，家人APP將會建議家人面對用戶不同程度抑郁情緒時可以采取的行動，如圖8所示。另外，當APP監測到用戶長期處于中度或重度抑郁時，APP將會對用戶家人發送通知做出預警，提醒用戶需要接受專業的舒緩治療，建議家人陪同用戶進行進一步的診斷治療。

5? 結? 論

人機交互技術已經滲入我們日常生活的方方面面，應用于虛擬現實、可穿戴式計算機設備、沉浸式游戲的動作識別、遙控機器人以及遠程醫療的觸覺交互等多種方向。文章將情緒監測系統與人機交互設計結合，通過人機交互模式的多樣性讓情緒監測能夠得到更廣泛的應用，借助可穿戴式設備和移動設備等改善并預防抑郁情緒，防止因不良情緒導致的學習工作效率低下等問題的發生。

參考文獻：

[1] 劉振燾，徐建平，吳敏，等.語音情感特征提取及其降維方法綜述 [J].計算機學報，2018，41（12）：2833-2851.

[2] 齊柱柱.基于語音情感識別的情緒監測系統研究與實現 [D].南京：南京郵電大學，2018.

[3] 周曉東，朱平，張建波，等.智能紡織品的特性與應用 [J].印染助劑，2006（12）：4-8.

[4] 利德威爾.最佳設計100細則 [M].劉宏照，譯.上海：上海人民美術出版社，2005.

[5] 王潘，宋粵欣，趙潮渝，等.一種抑郁情緒的新型監測系統 [J].產業科技創新，2019，1（10）：44-46.

作者簡介：仇珺（1997—），女，漢族，湖南岳陽人，碩士在讀，研究方向：視覺傳達與媒體設計。