基于交互品質(zhì)的壓路機操縱手柄形態(tài)設計研究

顧鵬飛， 張 昆， 賈 輝

（中國礦業(yè)大學 建筑與設計學院， 江蘇 徐州 221116）

0 引言

壓路機操縱手柄是駕駛員控制壓路機駕駛?cè)蝿盏闹苯咏换パb置，涉及不同任務并行及裝置之間頻繁的切換，是復雜的功能集成裝置，并且任務的優(yōu)先級、參與感等不同屬性對駕駛員的決策都有不同程度的影響[1]。針對操縱手柄的多任務調(diào)度行為，造型作為操縱手柄的外在表現(xiàn)，承擔了產(chǎn)品的品質(zhì)、技術、性能、理念等多方面內(nèi)在屬性的表達[2]，在操縱手柄的設計中非常重要。 在設備智能化的背景下，通過研究壓路機駕駛員行為，關注駕駛員體驗需求， 將特定的體驗品質(zhì)與特定的互動屬性系統(tǒng)的聯(lián)系起來，使得交互與預期體驗相匹配，進行具有良好用戶體驗壓路機操縱手柄設計研究是十分有必要的。

1 壓路機操縱手柄的交互品質(zhì)構(gòu)建

1.1 交互品質(zhì)在設計中的應用方法探討

交互品質(zhì)是描述交互過程特征或者屬性的一種語言[3]，描述用戶在具體場景中與產(chǎn)品或系統(tǒng)發(fā)生交互時，整個交互過程的特征和屬性。 通過發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)特征，即在指定條件下使用時需要滿足的隱性需求能力，保障用戶在特定的情境下對產(chǎn)品做出恰當準確的自適應效果。

如何利用用戶認知提取品質(zhì)特征并呈現(xiàn)在設計中，以保持交互中動態(tài)的情感品質(zhì)， 國內(nèi)外學者做出了很多探索。 M?ttus M 認為提升交互美學需要考慮到產(chǎn)品交互動作和外觀相關組成部分的整體審美感知[4]；Lenz E 通過開發(fā)交互詞匯表導出交互屬性， 以一種不受模態(tài)和技術限制的方式描述交互，創(chuàng)造一種特殊的體驗：需要意識和在交互層次上有目的的屬性組合[5]；Youn-kyung Lim 就如何設計審美互動提出了三種重要的思維方式： 理解設計的是什么即交互、 知道設計交互時可以操縱什么即交互的屬性、掌握如何操縱屬性以形成交互，并從身體美學的角度解釋了該方法[6]；譚浩等通過對交互特征的提取、定義、描述及交互特征和用戶體驗之間的關系，對車載手勢控制的音樂播放器交互界面進行了再設計[7]；何人可通過交互人格化的方法，觀察分析設計原型，提取設計原型的的形式特征轉(zhuǎn)化為交互界面的形式特征， 增強了用戶在界面系統(tǒng)使用過程中的情感價值[8]。

當前關系描述本質(zhì)上是主觀的， 因為不同的人可以用不同的方式定義和解釋它們，但是身體的互動參與，用戶會對特定環(huán)境中的產(chǎn)品或服務會產(chǎn)生經(jīng)驗并形成穩(wěn)定的認知。 依靠穩(wěn)定一致的交互行為及用戶體驗構(gòu)建交互品質(zhì)， 共識聚類和交互式特征選擇同樣是提取屬性特征非常有用的方法[9]?？梢酝ㄟ^交互品質(zhì)屬性特征的獲取約束表達對象的固有屬性，如大小、功能、幾何形狀等，保障消費者與產(chǎn)品的交互能內(nèi)在地獲得某種體驗， 有利于構(gòu)建良好的交互關系。

1.2 面向用戶體驗的交互品質(zhì)特征提取

Alashqar A M 將品質(zhì)定義為“產(chǎn)品或服務的整體特征，取決于其滿足特定需求的能力”[10]，因而交互式產(chǎn)品的品質(zhì)特征會對用戶的整體判斷產(chǎn)生影響。 針對復雜功能集成裝置， 壓路機操縱手柄的品質(zhì)特征可以通過明確壓路機操縱手柄的目的及典型任務， 梳理駕駛員的操作流程及交互行為關系獲取。最終，壓路機操縱手柄任務的主要形式特征聚類表現(xiàn)為“速度控制”和“碾壓輪控制”。 駕駛員對壓路機操縱手柄的體驗認知及感性訴求體現(xiàn)在這兩個形式特征之中。

利用半結(jié)構(gòu)式訪談獲取用戶對不同情境下對操縱手柄的感知反饋及反饋評估， 總結(jié)手柄任務輸出方式的特點和相關要求， 但是對于多數(shù)駕駛員來說， 很難從可用性、有用性等方面的評價系統(tǒng)，更多的是根據(jù)自己的認知通過一些描述性的詞匯來表述經(jīng)驗，如“能省力一些、更輕松一些”“用起來更加的順手”等。這些語句經(jīng)過提取發(fā)現(xiàn)駕駛員的體驗描述呈現(xiàn)出相似性、穩(wěn)定性：是舒適的、放松的、準確的、有效率的、有明確目標的、有意義的、迅速反應的、重復的等，能夠有效反映壓路機操縱手柄用戶體驗目標。 表現(xiàn)運動特征是形式、相互作用、功能和由此產(chǎn)生的行為之間復雜相互作用的結(jié)果， 并且這些交互特征在同一情境下往往優(yōu)于其它形式的交互， 其中細微的差異會對用戶體驗產(chǎn)生重大影響[11]。

駕駛員的交互行為同樣反映操縱手柄的品質(zhì)特征。交互行為展現(xiàn)因果關系， 顯示為每個事件內(nèi)以及一個事件到另一個事件之間的關系。 壓路機操縱手柄作為手動交互，駕駛員的直接操作對象，通過觀察駕駛員執(zhí)行各任務的運動， 總結(jié)運動的動態(tài)品質(zhì)有助于描述駕駛員內(nèi)在意識的表達，實現(xiàn)高品質(zhì)參與。

1.3 壓路機操縱手柄交互品質(zhì)表達

交互特征品質(zhì)是無形和動態(tài)的， 但是會影響體驗質(zhì)量。 引入交互品質(zhì)描述動態(tài)、無形的交互特征，以專家小組討論的方式，針對收集到的信息，分析探討壓路機操縱手柄的交互特征，構(gòu)建出壓路機操作手柄的交互品質(zhì)。 最終“控制的、自然的、舒適的”被用來描述一個具有良好交互關系的壓路機操縱手柄。交互品質(zhì)1“控制的”表現(xiàn)出時間、空間對交互品質(zhì)的影響，交互系統(tǒng)對有效完成壓路機操縱手柄每一操作任務， 任務相互配合達成操作目的的重要需求，交互特征表現(xiàn)為規(guī)律的、即時的、精確的；交互品質(zhì)2“自然的”表現(xiàn)出對駕駛員行為習慣的考量，客觀體現(xiàn)在動態(tài)交互過程中， 各任務對應元件駕駛員操作行為切換的自然程度，交互特征表現(xiàn)為本能的、熟悉的、連貫的；交互品質(zhì)3“舒適的”是手柄造型設計用戶訴求最多的品質(zhì)， 具體表現(xiàn)在操縱手柄上呈現(xiàn)的交互特征為輕松的、自由的、貼合的。通過交互品質(zhì)的介入，解決單一屬性能夠幫助設計師為創(chuàng)造愉快的體驗更具針對性的做出意見的方式， 使得輸入或輸出的行為概念得到有意識的考慮。

針對不同情境，駕駛員對手柄的訴求不同，所以品質(zhì)特征有些是針對某些特定的操作任務， 有些指向操作手柄本身或者存在交叉關系。 因此我們還討論了專家為完成一系列類似任務而采用的策略， 而由于使用此工具會改變他們執(zhí)行工作的方式， 重新討論了初始任務特征和設計原理，見圖1。

圖1 交互品質(zhì)特征構(gòu)建過程

經(jīng)過總結(jié)分析，在壓路機實際作業(yè)中，壓路機操縱手柄整體主要具備 “控制的”“自然的”“舒適的” 的交互品質(zhì)； 而駕駛員針對操縱手柄全部的操作流程和操作行為所呈現(xiàn)出的動態(tài)交互效果在不同任務中交互特征表現(xiàn)出不一樣的趨勢：在加速、減速、前進、后退、制動的任務中要求操縱手柄是“本能的、熟悉的、貼合的、輕松的” ；選擇速度檔位——規(guī)律的、連貫的；油門加檔減檔——熟悉的、輕松的；振動開關——連貫的、輕松的；選擇頻率——規(guī)律的、即時的、精確的。

2 交互品質(zhì)至壓路機操縱手柄形態(tài)特征

交互品質(zhì)通過在設計之前有意識的識別屬性特征，來預測設計的吸引力，給設計師提供品質(zhì)設計準則，能夠保證設計的吸引力。 通過交互品質(zhì)下交互特征與各任務的映射關系，闡述交互特征與物理屬性之間的關系，使得操縱手柄對設計的要求更加清晰明確。 例如在加速、減速、前進、后退、制動5 個任務中，“本能的”說明操作人員在達到任務要求的條件下完成這些任務， 要求操縱手柄的交互方式是符合預期的、與直覺相一致的，“熟悉的”則要求壓路機操縱手柄的交互方式符合日常常識判斷，“向前推動手柄，壓路機加速，向后拉動手柄，壓路機減速”，與生活中多數(shù)手持手柄具有相通性，“貼合的”，“輕松的”形容的是駕駛員與操縱手柄交互力度的強弱， 無需過多費力的操作保持對手柄的控制力度。

從“速度控制”的目的來看，基于操縱手柄的交互品質(zhì)進行操縱手柄操作方式的設置，為保證加速、減速、前進、后退、制動的良好體驗，需要操縱手柄具有熟悉的、本能的、輕松的交互方式及貼合的造型特征。 通過交互品質(zhì)屬性特征的獲取，約束操縱手柄造型特征的表達形式，專家結(jié)合人機關系進行討論，得出操縱手柄的部分參考：五指均有支撐、輪廓呈現(xiàn)為有機曲面、工作狀態(tài)與手柄運動方向一致、 保證手腕與手掌呈一條直線、 有較長的運動行程、手掌及手指與手柄充分接觸、呈現(xiàn)略微傾斜狀態(tài)、對手掌能夠起到支撐作用、五指有較高的自由度。 同樣的，選擇速度檔位，需要操縱裝置是規(guī)律的、連貫的——控制器在手指可達處、控制器的排布方式符合手指運動軌跡；油門加檔減檔，要求操縱裝置是熟悉的、輕松的——控制器運動方向與控制狀態(tài)具有一致性、 控制器狀態(tài)是可持續(xù)變化的。

從“按碾輪控制”的目的來看，在振動開關的任務要求下，需要操縱手柄操作裝置達到輕松的、連貫的交互特征， 便要求操縱手柄物理屬性是控制器在無大幅度動作下的手指可達處、與其它控制器處在同一控制軌道、控制器與手指有充分的接觸；選擇頻率，要求操縱裝置是規(guī)律的、即時的、精確的——同一功能控制器之間有足夠的間距、控制器的空間位置靠近大拇指、控制器的分布方式符合大拇指運動軌跡、與其它控制器位置空間相互區(qū)分。

針對造型特征參考， 進行壓路機操縱手柄形態(tài)優(yōu)化策略設計。設計壓路機工作狀態(tài)與手柄運動方向一致，復制駕駛員自然運動軌跡，使用戶能夠憑借經(jīng)驗迅速適應；復雜按鍵的空間布局， 將操作頻繁的頻率選擇按鍵置于手柄距離大拇指最近的位置， 并根據(jù)大拇指移動軌跡調(diào)節(jié)高低頻率按鍵空間位置關系，二者呈現(xiàn)為曲線軌跡；整體形態(tài)保障手柄工作狀態(tài)，手腕與手掌呈一條直線，并略微傾斜。 這些造型特征參考為壓路機操縱手柄提供了一個假定的最優(yōu)設計方案。

3 操縱手柄造型設計與評價

3.1 壓路機操縱手柄模型構(gòu)建

通過構(gòu)建模型，有利于在更詳細的層面上解釋設計，以便于觀察和理解結(jié)果以及對設計結(jié)果的預測。利用油泥可塑性強、不易變形的特性，通過分層涂抹的方式，塑造產(chǎn)品的整體造型并進行細節(jié)調(diào)整，以期達到預期的操縱手柄模型水平，見圖2。油泥模型用于操縱手柄的形體構(gòu)建及功能按鍵的排布方式模擬，在確認方案后，通過三維軟件進行數(shù)據(jù)化建設進行修飾并削弱模型建設的主觀程度并利用keyshot進行賦予材質(zhì)觀察效果。見圖3 和圖4。

圖2 油泥模型制作

圖3 模型構(gòu)建

圖4 渲染模型

3.2 實驗設計

由于操縱手柄的方案設計是基于交互品質(zhì)研究的初步方案， 因此結(jié)合現(xiàn)有的用戶體驗評估收集方法以及壓路機操縱手柄實體操縱裝置的性質(zhì)， 進行設計構(gòu)思方案的用戶體驗評估。設計師參與活動，可以更好地了解物體的運動和可能的行為， 并發(fā)現(xiàn)操縱手柄的物理限制。因此，本文的研究將受訪者分為專業(yè)組和用戶組， 有利于提升交互品質(zhì)評分結(jié)果的嚴謹性和普適性。 除設計方案， 見圖5 選取2 種手柄作為對比模型：通用手柄、概念手柄；分別作為手柄1、2、3進行測試。 為了能夠更好地觀察人們與原型進行自然互動， 實驗利用3D 打印技術對3 種手柄進行了等比例還原，比較不同的操縱手柄，了解輸出操縱手柄的交互水平，確定其優(yōu)缺點以及未來改進的領域。 針對壓路機操縱手柄實際工作環(huán)境，設計操作平臺，還原壓路機工作室狀態(tài)，提高評估真實性，見圖6。 將壓路機操縱手柄的13 個任務隨機布置給實驗對象，每間隔9s 更換任務。 測試人員分別使用3 種手柄， 根據(jù)提示進行相應任務操作，總時長為18min，更換手柄時休息8min 并完成相應的調(diào)查問卷。

圖5 對比模型

圖6 模擬試驗

3.3 用戶體驗評價

參考隆德（Lund）開發(fā)的USE 用戶體驗測試模型即有用性、滿意度和易用性問卷，結(jié)合操縱任務設置了20 個適合壓路機手柄測試的問題以評估用戶體驗，進行“非常不符合，不符合，基本不符合，一般，基本符合，符合，非常符合”，分別賦值“1、2、3、4、5、6、7”，用戶體驗評估從有工程車駕駛經(jīng)驗的用戶和工業(yè)設計研究生中共選取18 人。

圖7 體驗問卷結(jié)果分析顯示， 測試人員對設計方案的評價相對另外兩個手柄處于較高的分值， 表明方案的設計構(gòu)思在介紹、視覺展示及實驗測試階段，用戶體驗的主觀評估更為理想。但是在握持方式的問題上，相對于手柄3 仍有差距，說明設計方案能否恰當?shù)谋憩F(xiàn)“本能的”交互仍然需要更多的驗證，可以利用交互品質(zhì)“自然的”調(diào)整優(yōu)化手柄物理參數(shù)，進行更多的方案構(gòu)思。

4 結(jié)束語

本文針對壓路機操縱手柄任務特點， 從關注用戶行為、用戶體驗的角度構(gòu)建交互品質(zhì)，并將其作為一種新的研究途徑，對原型屬性特征提取、體驗設計和交互式原型設計三者加以整合，約束產(chǎn)品設計表達，提出了基于交互品質(zhì)的壓路機操縱手柄形態(tài)設計方法。 通過操縱手柄的案例研究， 提出三種交互品質(zhì)作為壓路機操縱手柄的設計考量，進行手柄的形態(tài)設計，為能夠激發(fā)共情的壓路機形態(tài)設計提供了新的思路。